电推进技术在GEO卫星轨道控制中的应用研究

发布时间：2017-11-20 13:31

  本文关键词：电推进技术在GEO卫星轨道控制中的应用研究

  更多相关文章： 电推进 同步轨道 位置保持 轨道转移 推力 控制 策略 优化 推力器

【摘要】：在卫星的轨道控制中,相比传统的化学推进控制,电推进技术具有比冲高、推力大小可精确微调等优势,在应用中可以大幅减少航天器推进剂携带量,为有效载荷提供更多容量,或直接降低航天器总质量,节约发射成本。国外不少宇航机构都已将电推进技术应用在了航天器轨道控制中,在轨道转移、轨道保持和人工特殊轨道实现等问题上均有一定进展。而相对来说,我国在电推进技术的应用方面还比较落后。本文重点研究了电推进在地球同步卫星轨道控制中的应用,在对电推进技术在国内外发展情况深入调研的基础上,确定了工程上具有一定难度的长期在轨卫星的位置保持控制和GTO到GEO的轨道转移控制,作为主要研究方向。在电推进应用于GEO卫星位置保持控制的研究中,论文深入分析了位置保持原理与大推力位置保持实现的成熟控制策略,并利用电推进的特点,设计了用于东西位置保持控制的弧形极限环控制策略,以及用于南北位置保持的均匀间隔法和均匀分布法控制策略。论文描述了以上控制策略的制定方法并给出了承担该种类任务的推力判据,以上控制方法的提出具有一定的创新性。在电推进应用于GEO卫星轨道转移控制的研究中,文章着重研究了多种条件下的变轨运动方程,经过分析比较,提出了一种特殊的适用于小推力变轨的研究方法,即将电推力作为一种方向可控的轨道摄动力,与自然摄动联合求解进行建模,推导出了研究变轨期间运动规律的动力学方程;再选择合适的优化算法,最终获得了该方程的最优解。进一步地,通过数值求解和计算机仿真,得出了小推力卫星变轨期间运动的特点;在不同卫星质量、转移轨道参数下,定量分析了变轨时间、所需推力、消耗推进剂之间的逻辑关系。最后,单独研究了使用化学推进和电推进混合完成变轨的方案,得出了不同中间轨道下转移时间和所用推力的对应关系等重要结论。文章最后对目前国内外普遍应用的电推力器进行了调研,并结合混合变轨方案的研究结果,对不同类型的电推力选择进行了比较和分析,得出了电推力器在变轨应用中的选型原则。本文的研究为国内相关航天单位应用电推技术进行卫星轨道控制打下了基础,也对进一步分析电推进在深空探测及其它相关领域的应用有一定的参考价值。
【学位授予单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V448.2

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本文编号：1207332