太阳同步轨道卫星交点地方时漂移估算方法研究

根据我国第一代极轨气象卫星“风云一号”C(FY-1C)星轨道实际观测值，分析了太阳_同步轨道卫星轨道漂移的一般规律，提出了一种简便有效的卫星交点地方时漂移估算方法，并用FY-1C星实际的交点地方时漂移量，对该方法进行了分析和改进。     

对地观测卫星太阳同步轨道的快速设计方法

对地观测卫星轨道具有全球目标覆盖和太阳同步两种特性，通过设计轨道周期和轨道倾角可以获得这些特性，为此，给出了一种能十分简便，快速地完成轨道初步设计的方法，为轨道精密复算和开展卫星姿态控制等分系统设计提供技术支持，此外还揭示了星载探测仪器在地面上产生的扫描带的分布排列规律，分析了轨道衰减和复升问题，最后给出一个算例。     

轨道倾角对地球同步轨道通信卫星外热流影响分析

我国传统地球静止轨道(GEO)卫星外热流经验已不满足当前地球同步轨道(GSO)通信卫星热设计需求。为此,文章针对小倾角GSO卫星和倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星开展姿态控制策略、轨道倾角及升交点赤经对卫星外热流的影响规律研究。分析结果表明：对于小倾角GSO卫星,姿态与轨道升交点赤经对南北面外热流有不容忽视的影响;对采用实时偏航控制的IGSO通信卫星,应关注太阳翼红外热流对卫星本体的影响。     

小倾角GSO卫星的转移轨道优化设计

分析了采用小倾角地球同步轨道(GSO)策略后轨道转移变轨推进剂消耗增加的原因,对传统的地球同步转移轨道(GTO)提出了优化措施,根据月份发射的不同,选取不同的转移轨道近地点幅角ω,降低了转移轨道变轨所需的速度增量。速度增量平均降幅可达到55m/s,相当于延长了该卫星1年的推进剂消耗寿命。文章的研究结果可为优化卫星总体设计提供参考。     

太阳同步回归轨道的轨道面外运动及在轨数据分析

针对近地太阳同步回归轨道的轨道面外运动,基于在轨遥测数据分析了轨道倾角和降交点地方时的运动变化规律。日月三体摄动对轨道倾角产生了长周期和短周期的运动,基于数据驱动方法进行了不同周期运动的辨识与分解,并与经典的解析解进行了比对。解析解反映的倾角半月周期运动与在轨数据基本一致,可以作为倾角半月周期运动的预报依据。基于轨道面外运动特征,分析了自主轨迹保持任务中虚拟编队构形参数与轨道面外参数的相关性。在精确回归轨道保持时充分考虑了轨道面外运动的特征,降低了自主轨道面外控制的频次。研究结果可以作为轨道面外运动轨迹优化的基础。     

太阳同步轨道的太阳相对于轨道面入射角的计算方法

以太阳同步轨道为例,首先在地心天球坐标系推出了太阳光线相对轨道面的入射角的求解方法,并分析了太阳相对于轨道面的入射角在一年之内的变化情况,然后根据此结果,在以卫星为中心的天球坐标系内研究卫星星蚀时间的解法和太阳相对于卫星任一表面入射角的解法,并求出星蚀时间在一年内的变化情况和太阳相对于卫星其它两个表面入射角的变化情况。     

利用升交点经度进行轨道设计的方法

以升交点经度的范围来描述所有能覆盖到目标的轨道。利用球面三角方法详细讨论了在考虑地球形状Ｊ２项的摄动影响时，各种情况下能覆盖目标点的轨道的升交点经度范围，并将其推广到对区域目标的覆盖，给出了完整的解析表达式。结合实例给出了利用该表达式进行有连续覆盖、覆盖次数及过顶时间要求时的轨道设计方法。该方法的优点是无需进行轨道读物计算，仅用解析表达式即可快速地设计出满足覆盖要求的轨道。     

倾角偏置太阳同步轨道的地面轨迹保持方法

为在倾角偏置条件下保持太阳同步轨道卫星的地面轨迹,在考虑地球扁率摄动、大气阻力摄动和太阳引力谐振等主要影响因素,以及卫星地面轨迹允许漂移范围的基础上,采用主动超调与被动控制结合的策略,提出了一种初始半长轴偏置后的卫星地面轨迹保持方法。分析了半长轴和倾角摄动变化率,以及初始半长轴和倾角偏置量对地面轨迹漂移的影响。仿真结果表明,该法可基本满足设计阶段的精度要求。     

升交点赤经与轨道倾角对地球同步卫星地影的影响

为精确预报地球同步卫星地影，根据其发生原理用仿真分析法研究了升交点赤经和轨道倾角两个因素对地影的影响，给出了地影延续时间和最长日期变化等天数曲线。在实际的同步卫星长期管理中运用这些规律，取得了良好的效果。     

连续推力机动轨道优化设计的贝塞尔曲线法

提出一种基于贝塞尔曲线的平面机动轨道设计方法。该方法将贝塞尔曲线方程与轨道形状方程相结合,利用得到的复合函数作为轨道方程来对机动轨道进行数学描述;通过约束条件获得可行的机动轨道族,由控制点设计给出具体的优化变量,将累积速度增量作为优化指标函数;并利用优化算法完成参数优化,从而得到最优机动轨道。最后针对设计的机动轨道推力峰值较大的问题,进一步提出了分段贝塞尔曲线法,在降低推力峰值的同时,可进一步降低燃料消耗,并在平面机动转移轨道设计的基础上,通过梯度下降对自由控制点进行修正,解决了考虑时间约束的平面轨道交会问题。     

基于分段连续推力的晕轨道控制方法

基于小偏差理论,推导了三体动力学模型的误差线性模型,并将此假设下的控制归纳为终端固定的有限时间调节器问题。在此基础上,进一步利用该最优控制方法推导了晕轨道周期内的连续小推力控制方案,验证了控制加速度及状态量的收敛。同时针对整周期控制方式在超调后状态量收敛速度慢的问题,通过分段连续推力控制模式(Sectional Continuous Thrust Control,SCTC)来近似瞬时脉冲推力控制模式,给出了最短分段控制时间的计算方法。实验表明,SCTC模式加快了轨道状态的收敛速度。对于km级入轨偏差,通过1次控制即可使实际轨道收敛至标称轨道。     

低轨卫星倾斜轨道设计及优化

根据有效载荷性能和任务需求对低轨卫星的倾斜回归圆轨道设计进行了研究,以升交点赤经为参数,对1个回归周期内特定目标的覆盖性能指标进行了优化。算例表明:卫星对地面目标点的覆盖率可达0.977 5。如需对多个目标点或目标区域进行观测,可在此基础上增加目标点再作优化设计,以获得最佳覆盖性能。     

采用Gauss伪谱法的小推力日-火Halo轨道转移优化设计

针对日-地Halo轨道到日-火Halo轨道的小推力轨道转移问题,给出一种基于不变流形理论和Gauss伪谱法的优化设计方法。首先,在日心惯性坐标系中建立小推力轨道优化模型,并基于不变流形理论给出轨道转移中流形出口和入口的选择原则,应用该原则在日-地系统中选择流形出口,在日-火系统中选择流形入口,并将其作为轨道转移的初末状态;然后基于Gauss伪谱法将最优控制问题离散化为非线性规划(NLP)问题,并采用基于逆多项式的形状算法给出了NLP初值的计算方法;最后对该轨道转移问题进行了数学仿真。仿真结果表明：Gauss伪谱法可有效用于小推力日-火Halo轨道转移的优化,且采用逆多项式形状算法得到的初值具有初始误差小,使得NLP收敛速度快的特点。     

太阳同步轨道卫星太阳电池阵在轨特性分析

卫星太阳电池阵的在轨特性主要受太阳入射角、地日距离因子、温度、星体遮挡、地球反照和衰减因素的影响。文章利用某太阳同步轨道卫星在轨数据,分析得出太阳电池阵输出功率的变化规律,并利用归一化处理方法,得出地球反照、星体遮挡、衰减因素对太阳电池阵输出功率的影响规律。文章的研究成果也适用于其他太阳同步轨道卫星,可为后续同类太阳电池阵的优化设计提供参考。     

太阳同步轨道卫星太阳电池阵衰减因子研究

卫星太阳电池阵衰减因子主要由粒子辐照、紫外辐照、微流星体碰撞和冷热交变等衰减因子组成;由于空间环境极其复杂,仅用上述几种因子来描述太阳电池衰减规律并不全面。文章利用某太阳同步轨道卫星在轨6年的太阳电池阵输出功率数据,通过对在轨卫星太阳入射角、日地距离因子、太阳电池阵温度进行归一化计算,最终计算出太阳电池阵在卫星寿命过程...     

大气环境监测卫星地方时控制策略优化

针对大气环境监测卫星地方时的控制和优化问题,从太阳同步轨道卫星的地方时漂移规律入手,建立了地方时漂移估计模型,给出了通过改变倾角来调节地方时漂移的控制策略。在此基础上,采用遗传算法对控制策略进行了优化,讨论了相关算子的选择,最终得到了燃料有限情况下的最优控制曲线。优化结果表明:不限燃料情况下,大气环境监测卫星可通过寿命内一次倾角控制实现小于6.6 min的地方时偏差。此外,为了保证地方时偏差小于15 min的指标要求,卫星至少需要进行一次0.07°的倾角控制。