本文關鍵詞：基于GEO衛(wèi)星的小推力推進器構型設計與軌道轉移設計研究

  更多相關文章： 小推力推進 GEO衛(wèi)星 推力器配置 軌道優(yōu)化 低可探測性

【摘要】：為滿足高承載和高壽命地球靜止軌道(GEO)衛(wèi)星的發(fā)展要求,以電推進為代表的小推力推進在GEO衛(wèi)星平臺上的應用成為現(xiàn)今的研究熱點。不同于傳統(tǒng)的化學推進,小推力推進比沖高、推力精確可控,用于長時間遠距離GEO衛(wèi)星軌道轉移可以提高衛(wèi)星載荷比,增加任務回報。然而,由于小推力推進器的推力一般在幾十毫牛到幾百毫牛之間,使衛(wèi)星軌道轉移花費的時間格外長,且轉移過程中衛(wèi)星暴露給地面跟蹤探測設備的可能性增加,衛(wèi)星的低可探測性不能得到保證。本文主要針對小推力推進器在GEO衛(wèi)星平臺上的應用進行研究。研究小推力推進器在衛(wèi)星平臺的構型設計,及各構型配置完成空間任務的可行性。重點進行小推力推進地球同步轉移軌道(GTO)到地球靜止軌道轉移關鍵技術的研究,以縮短軌道轉移時間、提高衛(wèi)星的低可探測性。主要研究內容如下:首先,對小推力推進衛(wèi)星軌道運動模型和空間環(huán)境進行研究。詳細分析了軌道運動的經典動力學方程和改進春分點方程的特點,分別用于小推力變軌的分析和計算。后對變軌空間環(huán)境因素進行逐一研究,指出地影和攝動是影響小推力變軌的重要因素。其次,研究小推力推進衛(wèi)星平臺的推力器構型設計,設計了四推力器、八推力器和十六推力器構型配置方案,并詳細分析了各配置的空間任務可行性。著重對十六推力器的復雜構型設計進行研究,提出了姿軌一體控制推力分配方法,并通過仿真驗證了該方法的有效性。然后,研究小推力推進GTO軌道到GEO軌道轉移設計和優(yōu)化�？紤]變軌任務約束、空間地影和攝動影響,提出了基于控制參數(shù)分析的小推力推進軌道轉移方法。進一步建立推力器誤差模型、統(tǒng)計推力器開關次數(shù),研究推力器誤差和推力器壽命對變軌的影響。通過仿真驗證該方法的有效性和可靠性。最后,對軌道轉移中衛(wèi)星的低雷達可探測性進行研究。針對低雷達可探測衛(wèi)星的特點,以具有低雷達散射面積(RCS)的衛(wèi)星為研究對象,提出了衛(wèi)星在雷達探測區(qū)進行姿態(tài)調整以實現(xiàn)低雷達可探測性,設計了基于低可探測約束的小推力推進軌道轉移方案,并進行仿真驗證。在此基礎上,開展小推力推進GEO軌道轉移仿真平臺的研究,對平臺的關鍵模塊進行設計和實現(xiàn)。
【關鍵詞】：小推力推進 GEO衛(wèi)星 推力器配置 軌道優(yōu)化 低可探測性
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V43;V412.41
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-15
• 第一章 緒論15-24
• 1.1 論文研究背景及研究意義15-16
• 1.2 國內外相關技術發(fā)展現(xiàn)狀16-22
• 1.2.1 小推力推進發(fā)展現(xiàn)狀16-18
• 1.2.2 小推力推進器配置發(fā)展現(xiàn)狀18-20
• 1.2.3 小推力軌道轉移技術發(fā)展現(xiàn)狀20
• 1.2.4 衛(wèi)星低可探測性發(fā)展現(xiàn)狀20-22
• 1.3 論文主要研究內容和章節(jié)安排22-24
• 第二章 小推力推進衛(wèi)星軌道模型研究24-33
• 2.1 引言24
• 2.2 小推力轉移軌道任務分析24-25
• 2.3 小推力推進衛(wèi)星軌道動力學模型25-29
• 2.3.1 經典動力學根數(shù)及動力學方程26-28
• 2.3.2 改進春分點軌道根數(shù)及動力學方程28-29
• 2.4 小推力推進衛(wèi)星軌道轉移環(huán)境動力學模型29-32
• 2.4.1 地球非球形引力攝動29-30
• 2.4.2 大氣阻力攝動30
• 2.4.3 第三體攝動30-31
• 2.4.4 太陽輻射壓攝動31
• 2.4.5 地影31-32
• 2.5 本章小結32-33
• 第三章 小推力推進衛(wèi)星推力器構型設計和分析33-45
• 3.1 引言33
• 3.2 小推力推進衛(wèi)星構型設計和任務可行性分析33-37
• 3.2.1 四電推力器構型配置34-35
• 3.2.2 八電推力器構型配置35-36
• 3.2.3 十六電推力器構型配置36-37
• 3.3 十六推力器姿軌一體控制推力分配方法37-43
• 3.3.1 推力分配數(shù)學模型建立37-40
• 3.3.2 姿軌一體控制推力分配方法40-41
• 3.3.3 仿真驗證41-43
• 3.4 本章小結43-45
• 第四章 小推力推進GEO衛(wèi)星軌道轉移設計45-61
• 4.1 引言45-46
• 4.2 小推力軌道轉移環(huán)境約束分析46-48
• 4.2.1 軌道轉移過程攝動分析46
• 4.2.2 軌道轉移過程地影分析46-48
• 4.3 基于控制參數(shù)分析法小推力軌道轉移設計48-52
• 4.3.1 變軌分析和方案設計48-51
• 4.3.2 控制參數(shù)確定51-52
• 4.4 推力器誤差模型建立52
• 4.5 龍格庫塔法52-54
• 4.6 仿真與分析54-60
• 4.6.1 仿真條件設置54
• 4.6.2 仿真分析54-59
• 4.6.3 考慮推力器誤差轉移結果59-60
• 4.7 本章小結60-61
• 第五章 基于低可探測約束衛(wèi)星軌道轉移設計與仿真平臺開發(fā)61-75
• 5.1 引言61-62
• 5.2 基于低可探測約束衛(wèi)星軌道轉移姿態(tài)控制方案設計62-65
• 5.2.1 地面雷達探測區(qū)域判斷和建模62-63
• 5.2.2 推力控制角與姿態(tài)角的關系確定63-65
• 5.2.3 低可探測約束區(qū)衛(wèi)星姿態(tài)控制65
• 5.3 基于低可探測約束衛(wèi)星軌道轉移姿態(tài)控制65-68
• 5.4 仿真分析68-71
• 5.4.1 單雷達探測仿真分析68
• 5.4.2 多雷達探測仿真分析68-70
• 5.4.3 仿真分析70-71
• 5.5 仿真平臺設計71-74
• 5.5.1 仿真平臺模塊設計71-72
• 5.5.2 MATLAB GUI開發(fā)72
• 5.5.3 仿真平臺運行界面72-74
• 5.6 本章小結74-75
• 第六章 全文總結與展望75-77
• 6.1 本文工作總結75-76
• 6.2 后續(xù)工作展望76-77
• 參考文獻77-81
• 致謝81-82
• 在學期間的研究成果及發(fā)表的論文82-83

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 汪洋;韓長喜;;美國“太空籬笆”計劃概述[J];現(xiàn)代雷達;2014年03期

2 禹凱;徐明;賈英宏;徐世杰;;基于離子推進技術的軌道轉移設計[J];空間控制技術與應用;2013年05期

3 孫兆偉;仲惟超;張世杰;張健;;大氣阻力攝動下平均軌道根數(shù)在軌實時確定方法[J];自動化學報;2013年10期

4 周志成;王敏;李烽;蔡國飆;湯海濱;;我國通信衛(wèi)星電推進技術的工程應用[J];國際太空;2013年06期

5 段傳輝;陳荔瑩;;GEO衛(wèi)星全電推進技術研究及啟示[J];航天器工程;2013年03期

6 曹華文;李傳榮;李子揚;劉U，

本文編號：878064