浅议偏置连续小推力卫星几种典型非开普勒轨道设计

论文导读：
摘要：冻结轨道、太阳同步轨道和地球静止轨道因在遥感、通信和导航等运用领域的突出优点而成为人造地球卫星利用最广泛的三种轨道，然而苛刻的轨道根数要求极大地限制了这三类轨道选择的多样性。施加连续小推力能够适当放宽轨道参数的选择条件，以而形成人工冻结轨道、偏置太阳同步轨道和偏置地球静止轨道。人工冻结轨道是通过施加径向和横向的连续小推力使轨道的近地点幅角保持不变的轨道。径向常值推力、径向常幅值推力方向半周期切换、横向常幅值推力方向半周期切换和径向横向常幅值推力方向半周期切换这4种制约策略都能够形成人工冻结轨道。设计制约律的时候，需要特别考虑偏心率的影响，大偏心率的轨道只需考虑J2项摄动，而小偏心率则需要考虑J2~J4甚至更高阶的非球形摄动影响。偏置太阳同步轨道是通过施加法向和横向（或径向）连续小推力将太阳同步轨道抬高或降低后形成的轨道，而新的轨道能够保持倾角和地面轨迹与原太阳同步轨道一致。法向连续推力的切换时刻与近地点幅角有关，为了简化制约规律人为令近地点幅角保持不变，可以通过人工冻结轨道中提出的4种策略来保持近地点幅角的恒定。最后设计的轨道应该称为偏置太阳同步冻结回归轨道。地球非球形摄动、太阳光压摄动导致卫星产生东西漂移，在合适的时刻施加切向脉冲能够实现卫星的东西保持。偏置地球静止轨道可以通过施加径向连续小推力和切向脉冲相结合的制约策略来实现。正偏置对应反向连续小推力，负偏置对应正向连续小推力，推力幅值的大小与偏置的高度近似成正比。位置偏置后的卫星运转在近圆轨道上，施加的径向连续推力相当于把地球的引力常数μ变为μn，偏置的高度Δr远小于轨道半径rc，可以直接利用未偏置轨道的东西漂移脉冲制约策略来制约偏置轨道上卫星的东西漂移。关键词：小推力论文偏置轨道论文冻结论文太阳同步论文地球静止论文
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Abstract4-8
主要符号对照表8-11
第1章 引言11-18

1.1 探讨背景11-17

1.1 冻结轨道12-13

1.2 太阳同步轨道13-15

1.3 地球静止轨道15-16

1.4 小推力技术16-17

1.2 论文主要工作介绍17-18

第2章 坐标系和摄动模型18-26

2.1 本章引言18

2.2 常用坐标系及坐标转换18-21

2.1 J2000 平赤道惯性坐标系18

2.2 卫星轨道坐标系18-19

2.3 球坐标系19-20

2.4 坐标系之间的转换联系20-21

2.3 轨道动力学方程21-22

2.3.1 J2000 平赤道惯性坐标系轨道动力学方程21

2.3.2 球坐标系下的轨道动力学方程21

2.3.3 高斯方程21-22

2.4 轨道摄动论述22-26

2.4.1 平均根数法22-23

2.4.2 J2~J4项的摄动位函数和摄动力23-24

2.4.3 常值推力作用下平均轨道根数的演化规律24-26

第3章 连续小推力作用下人工冻结轨道的设计26-38

3.1 本章引言26

3.2 人工冻结轨道的设计策略26-31

3.

2.1 策略 1：径向常幅值加速度制约，方向不切换27

3.

2.2 策略 2：径向常幅值加速度制约、方向半周期切换27-28

3.

2.3 策略 3：横向常幅值加速度制约、方向半周期切换28-29

3.

2.4 策略 4：双向常幅值推力、方向半周期切换29

3.

2.54 种制约策略的改善和改善29-31

3.3 仿真算例31-35

3.1 大偏心率轨道31-33

3.2 小偏心率轨道33-35

3.4 轨道根数与制约力加速度的联系探讨35-36

3.5 轨道保持的质量消耗36-37

3.6 本章小结37-38

第4章 连续小推力作用下偏置太阳同步轨道的设计38-46

4.1 本章引言38

4.2 太阳同步轨道38-39

4.3 偏置太阳同步轨道的设计策略39-43

4.4 仿真算例43-45

4.5 本章小结45-46

第5章 连续小推力作用下偏置地球静止轨道的设计46-63

5.1 本章引言46

5.2 地球静止轨道及其东西漂移制约46-55

5.

2.1 地球形状摄动及其制约对策46-51

5.

2.2 太阳光压摄动及其制约对策51-54

5.

2.3 日月引力摄动54-55

5.3 径向偏置地球静止轨道55-56

5.4 偏置地球静止轨道的东西漂移制约56-59

5.5 仿真算例59-61

5.6 本章小结61-63

第6章 总结与展望63-64
参考文献64-67
致谢67-68
个人简历、在学期间发表的学术论文与探讨成果68