[發明專利]一種考慮多種攝動力的小衛星常值推力軌道遞推方法

有效

• 申請號: 202011212312.0
• 申請日: 2020-11-03
• 公開（公告）號: CN112389679B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 安效民;張軍華;鄭子軒
• 申請（專利權）人: 西北工業大學;西北工業大學深圳研究院
• 主分類號: B64G1/24
• 分類號: B64G1/24
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 姚詠華

本發明公開了一種考慮多種攝動力的小衛星常值推力軌道遞推方法，根據小衛星在軌運行情況，建立了包含常值推力和多種攝動力的動力學模型，基于動力學分量方程，利用龍格庫塔RK45方法進行軌道推演，與SKT仿真軟件的結果對比，將常值推力下軌道遞推方法的誤差控制在1km以內。使用該方法能夠精確地給出小衛星的軌道，及時確定小衛星的位置信息。

技術領域

本發明屬于空間航天器在軌運動技術領域，具體涉及一種考慮多種攝動力的小衛星常值推力軌道遞推方法。

背景技術

近年來，隨著小衛星技術的不斷提升，越來越多的小衛星任務在不斷涌現，小衛星作為大型衛星的補充，對其在軌運行的力學環境必須有充分的了解，這是進一步執行小衛星任務的前提。而由于小衛星本身重量的限制，所攜帶燃料有限，因此無法采用大型衛星的脈沖機動方式進行軌道機動，常值推力無疑是小衛星進行軌道機動的有效方式。因此，基于常值推力的機動方式，對小衛星進行軌道遞推方法的研究，描述出在常值推力機動下小衛星的在軌運動情況，是實現小衛星軌道任務的基礎。

對衛星的軌道遞推的方法主要有解析法、半解析法和數值法。解析法的優點在于比較穩定，不存在數值法的收斂性問題。但數值方法隨著計算機能力的不斷提升，已經與解析法的求解速度不相上下，而且因為解析法大多忽略一些冪級數高的相關項，導致數值法比解析法甚至有著更高的精度。當前，針對常值推力下的小衛星軌道演化的研究中，由于忽略了各種攝動力的存在，很多遞推方法精度上并不高。

發明內容

為解決現有技術中存在的問題，本發明的目的是提供一種考慮多種攝動力的小衛星常值推力軌道遞推方法，使用該方法能夠精確地給出小衛星的軌道，及時確定小衛星的位置信息。

本發明采用的技術方案如下：

一種考慮多種攝動力的小衛星常值推力軌道遞推方法，包括如下過程：

建立地球慣性坐標系和衛星軌道坐標系，結合地球慣性坐標系和衛星軌道坐標系建立小衛星的笛卡爾動力學模型；

根據所述笛卡爾動力學模型，在地球慣性坐標系下的動力學方程中加入施加在小衛星上的常值推力、太陽光壓、第三體引力和地球形狀攝動，構建出動力學分量方程；

基于所述動力學分量方程，采用變步長的四階龍格庫塔算法和五階龍格庫塔算法進行軌道推演，得出小衛星的軌道信息。

優選的，地球慣性坐標系EXYZ中，坐標系原點在地心E，X軸指向春分點，Z軸垂直于地球赤道平面向上，Y軸滿足右手法則；

衛星軌道坐標系Sxyz中，坐標系原點在衛星質心，x軸沿衛星矢徑方向，從地心指向衛星，y軸垂直衛星矢徑并指向速度方向，z軸垂直于軌道平面，遵循右手法則。

優選的，在地球慣性坐標系下的動力學方程中加入施加在小衛星上的常值推力、太陽光壓、第三體引力和地球形狀攝動后，得到的動力學方程如下：

式中，μ是地球引力常數，r為小衛星在地球慣性坐標系下的位置矢量，r為位置矢量的大小，為常值推力加速度，a_SRP為太陽光壓攝動加速度，a_M為第三體引力攝動，a_non為地球形狀攝動，t為時間。此外，為表示方便，本專利中衛星受到的力均由該力的加速度表示，如為小推力，a_SRP為太陽光壓攝動力，a_M為第三體攝動力，a_non為地球形狀攝動力。

優選的，在地球慣性系下的太陽光壓引起的攝動力為：