《中國大百科全書(第2版)》讀書筆記16175-軌道保持

2025年04月09日22:52:09 科學 1025

軌道保持 orbit keeping

《中國大百科全書(第2版)》讀書筆記16175-軌道保持 - 天天要聞

利用航天器上的動力裝置調整航天器的速度,修正軌道參數,使航天器運行軌道與標準軌道的偏離量限制在給定範圍內(常以星下點的偏離位來表徵)。對不同高度的航天器,軌道保持的方法也不相同。

1. 近地觀測衛星的軌道保持

近地觀測衛星常採用太陽同步軌道和回歸軌道。通常用星下點軌跡在赤道上相對於標準軌跡的橫向偏離量表示軌道的漂移,這一橫向偏離量與軌道半長軸的偏差和軌道傾角的偏差有關。

影響軌道半長軸變化的主要攝動因素是大氣阻力,它使衛星軌道的半長軸逐漸減小,軌道周期逐漸縮短。因此實際星下點軌跡比標準軌道的星下點軌跡提前穿過赤道。如果在赤道上觀測,實際軌道的星下點則相對於標準星下點向東漂移。

當星下點軌跡在赤道上向東漂移到允許邊界時,控制系統使衛星上的某個特定的噴管噴氣,產生速度增量,使衛星加速。所獲得的速度增量必須足夠大,使修正後的軌道半長軸和相應的軌道周期大於標準值。這樣,在赤道上的星下點軌跡將離開東邊界而向西漂移。

為了節省推進劑,必須對修正軌道的速度增量值進行優選,使得當赤道上的星下點軌跡漂移到西邊界時,不再繼續向西漂移,而開始向東漂移。當到達東邊界時再次噴氣,調整衛星的速度。

地球非球形所引起的攝動使軌道平面繞地軸轉動。只要保證衛星入軌點的精度,使軌道平面繞地軸轉動的速度與地球繞太陽公轉的速度相等,就可獲得太陽同步軌道。

2. 地球靜止衛星的軌道保持

地球靜止衛星的標準星下點在赤道上某個指定的位置(定點位置)上。因此,又稱位置保持,位置保持的好壞用定點精度衡量。

地球非球形攝動使地球靜止衛星在赤道上空的漂移運動有4個平衡點。其中兩個是穩定的,另外兩個是不穩定的。衛星受到的切向攝動力指向離衛星較近的穩定平衡點,衛星在穩定平衡點的兩側作長周期漂移運動。在狹小的位置保持範圍內,地球靜止衛星受到的切向攝動力是單方向的。如果切向攝動力向西,軌道半長軸便不斷減小,軌道周期比同步(軌道)周期短,衛星就向東漂移。當漂移到東邊界時,衛星就應產生速度增量,使衛星向西漂移。這樣反覆調整,使衛星處於平衡點附近的允許值內。

在太陽輻射壓力的作用下,衛星在地球靜止軌道上每運行一圈中,就有半圈受到加速作用,而在另外半圈中受到減速作用。軌道周期仍與地球自轉周期相同,在這一攝動下軌道變成橢圓形,導致衛星每天在東西方向上來回漂移一次,漂移的範圍等於偏心率的兩倍。太陽引力和月球引力對地球靜止衛星的攝動使衛星的軌道偏離地球赤道面,導致衛星每天在南北方向上來回漂移一次,漂移的範圍等於軌道傾角。

位置保持有自主保持和非自主保持兩類。大多數地球靜止軌道通信衛星採用非自主方式。軌道保持所消耗的推進劑與軌道修正所需的速度增量成正比。在攝動力作用下,衛星的漂移特性與實際軌道參數有關。軌道修正的控制效率與修正時刻衛星的位置有關。

因此,軌道保持的最優策略問題為:選擇修正的時刻和設置修正後初始軌道的參數,使衛星在攝動力作用下停留在給定漂移範圍內的時間最長;或者根據給定的停留時間使推進劑消耗最少。

摘自:《中國大百科全書(第2版)》第8冊,中國大百科全書出版社,2009年

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