低轨星座构型保持研究现状与分析

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空间司令部建立了 系列模型 法国宇 HI!H255C02=I6A,2."
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航局发展了 YFZ 系列模型 $ *<>+ 文献 对 *<B+ 大气模型发展
历程做了 清 晰 的 梳 理 文 献 对 ' *<#+ 9aMZ'N'-%%-HI$%%#-
模 YFZ$%<& 型做了详细的总结 表$ $总结了主要的大气模
K+S业已开始大规模部署低轨星座的发射$建设自主可控 的低轨星座系统'将提升信息网络服务能力'进而为促进经 济社会发展等提供强有力的战略支撑*<"+$
星座构形是对星座空间几何结构以及卫星间相互关系 的描述'反映了星座中卫星的时空布局 $ *>+ 星座作为一个 庞 大 的 空 间 系 统 '稳 定 的 构 型 是 其 发 挥 正 常 功 能 的 基 础 $
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趋于发散'从而影响星座的覆盖特性及任务实现$星座构 日月引力摄动 $ *<%+ 太阳和月球对卫星摄动的引力形式完
型保持就是通过对单星的轨道控制'把星座的空间几何结 全相同'由于日月引力是保守力'采用位函数对日月引力效
构维持在一定精度内$
应进行描述'代入拉格朗日摄动运动方程即可得出卫星轨
低轨星座的构型保持不仅对于星座覆盖特性与任务实 道要素变化率$针对精度不太高的情况'可以把日-月-地
表@!主要重力场模型
*和+,非D+相12*干;1散+,射63雷+4达'Y观F测Z"数系据列'模如型质#谱另仪一=类非模相型干基散于射质!,谱2)仪)
系列模型 世纪以 )D+5*16,+*+10.56C+1+.*)52**+1'Z'N'"
来 美国海军实验室开发了 模型 美国空军 '
9aMZ'N'-提供借鉴和参考$ 状'通常采用数值法进行求解 $ *<&+
@!动力学模型
<8<8&大!气大阻气力阻模力型模与型卫星所受大气阻力紧密相关'是影响卫
@B@!动力学模型的发展
星轨道的重要因素$自$%世纪"%年代起'在大量探测数据
卫星动力学模型是指在对星座内的卫星进行动力学建 和高层大气理论的基础上'形成了多种大气模型$一类模型
收稿日期$%$$ %! %B#修回日期$%$$ << %B#网络优先出版日期$%$$ <$ $$$ 网 络 优 先 出 版 地 址 C**D%#E.)85.E08.+*&E5,)&3+*204&<<8$!$$8F98$%$$<$$$8<<%&8%%&8C*,4 基金项目国家自然科学基金 资 !>$%B<!B>" 助课题 $通讯作者8 引用格式刘奇'张'饶建兵'等8低轨星座构型保持研究现状与分析 系 *H+8 统工程与电子技术'$%$&'!"!#"%$">$=$">@8
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?!引!言
利用低轨星座提供覆盖全球的卫星互联网服务'形成天 地融合的网络体系'具有深远的战略影响和广泛的商业前 景'将进一步改变人类的生产生活方式$国际上基于低轨星 座的卫星互联网发展风起云涌'典型系 统 如 '*2140.E-X.+=
型及其适用高度范围和精度'其中前三种大气模型是迄今为
止最常使用的'后两种大气模型精度高'但由于驱动参数延
迟发布及未公开等原因'还不具备实际应用条件$
<8<8!国!内太外阳学光者压建模立型的太阳光压模型'主要分为以下&类 $ *$<+
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!!摘!要稳定的构型是星座发挥其正常功能的基础首先结合卫星在轨运行动力学环境回顾了地球重力场
模型日月引力模型大气模型与太阳光压模型的发展在此基础上介绍了大气模型和太阳光压模型的在轨修正
技术其次阐述了星座构型保持的必要性与可行性总结归纳了摄动补偿法预先设计法全局优化法阻力差
分法与极限环保持法等构型保持方法对比了绝对保持与相对保持的控制基准与方法特点最后展望了针对不
现有重要的意义'而且对于空间安全与碰撞规避也有重要 球当做质点'把日-月轨道当作不变椭圆'采用分析法 - *<<+
的意义$维持构型稳定是低轨星座在轨运行面临的一个关 半分析法 来 *<$+ 求解#针对精密定轨问题'日-月和地球不能
键问题*B#+$本文通过总结国内外星座构型保持经验'分析 简单地被当作质点'既要考虑精确位置'又要考虑天体形
! ! <85*$)&*%'*2S4+56.R0/;12*06.0)*C+S2)0)R6156.)*+442*06.*6 D+1R61, 0*).61,24R;.5*06.8W01)*4(' 56,S0.+3A0*C*C+3(.2,05+.Q016.,+.*6R)2*+440*+)6.=61S0*'*C+3+Q+46D,+.*6R-21*C /12Q0*2*06.24R0+43 ,63+4'4;.0)64212**125*06.,63+4'2*,6)DC+105,63+4'2.3)642112302*06.D1+));1+,63+421+1+Q0+A+38X.*C0) S2)0)'*C+6.=61S0*1+Q0)06.*+5C.0U;+)6R2*,6)DC+105,63+42.3)642112302*06.D1+));1+,63+421+0.*163;5+38 '+56.34('*C+ .+5+))0*( 2.3R+2)0S040*( 6R56.)*+442*06. 56.R0/;12*06. ,20.*+.2.5+ 21+044;)*12*+3'2.3*C+ 56.R0/;12*06. ,20.*+.2.5+ ,+*C63));5C 2)D+1*;1S2*06. 56,D+.)2*06. ,+*C63'D1+=3+)0/. ,+*C63'/46S24 6D*0,0V2*06. ,+*C63'30RR+1+.*024312/ ,+*C63'2.340,0*5(54+E++D0./ ,+*C6321+);,,210V+38FC0134('
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低轨星座构型保持研究现状与分析
刘!奇<张! 饶 $ 建兵&赵书阁<$ 李小玉<向开恒&
<8中国航天科工集团空间工程发展有限公司北京 <%%#"!$8北京电子工程总体研究所北京 <%%#"! &8中国星网网络创新研究院有限公司北京 <%%%$@
欧洲戈达德
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空间飞行中心 卫星 地面 -NL-9="J $%%#
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空中所受光压摄动'但需要长期在轨数据的支撑$三是半
美国国家
目前应用 经验模型'其综合卫星发射前自身基础属性和发射后在轨
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模型名称 发布年份 发布机构 模型阶次 备注
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斯密松天文台
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较广
戈达德空间
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飞行中心
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美国国家
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测绘局
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一 是 分 析 模 型 '其 根 据 卫 星 的 形 状 -大 小 -表 面 材 料 特 性 和 太阳光压产生机理而建立'一般在卫星发射之前完成'如球 模型 模 -a65E 型$这类模型物理背景清晰'模型输入参数 明确'但由于卫星在轨状态及空间环境的复杂性'其模型与 卫星实际所受太阳光压有较大差异$二是经验模型'其根 据卫星 发 射 后 的 在 轨 运 行 状 态 而 建 立'如 利 用 全 球 定 位 系 统 长 期 在 轨 数 据 分 析 !/46S24D6)0*06.0./)()*+,'L['"
测绘局 &>%]&>% 较广
美国国家地理
目前应用
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姿 态 信 息 而 建 立 '如 美 国 喷 气 4型2S以612物*6理1(特'H性[M作"为模其型先-可验校信正息
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同高度的低轨46A 星 -21*C61S0*M-X 座构型保持旨在为 M-X 星座的构型保持策略设计提供参考
关键词低轨星座构型保持在轨修正摄动补偿阻力差分极限环
中图分类号 文献标志码 7!B!!!!!