基于GEO卫星的小推力推进器构型设计与轨道转移设计研究

发布时间：2017-09-18 23:11

  本文关键词：基于GEO卫星的小推力推进器构型设计与轨道转移设计研究

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【摘要】：为满足高承载和高寿命地球静止轨道(GEO)卫星的发展要求,以电推进为代表的小推力推进在GEO卫星平台上的应用成为现今的研究热点。不同于传统的化学推进,小推力推进比冲高、推力精确可控,用于长时间远距离GEO卫星轨道转移可以提高卫星载荷比,增加任务回报。然而,由于小推力推进器的推力一般在几十毫牛到几百毫牛之间,使卫星轨道转移花费的时间格外长,且转移过程中卫星暴露给地面跟踪探测设备的可能性增加,卫星的低可探测性不能得到保证。本文主要针对小推力推进器在GEO卫星平台上的应用进行研究。研究小推力推进器在卫星平台的构型设计,及各构型配置完成空间任务的可行性。重点进行小推力推进地球同步转移轨道(GTO)到地球静止轨道转移关键技术的研究,以缩短轨道转移时间、提高卫星的低可探测性。主要研究内容如下:首先,对小推力推进卫星轨道运动模型和空间环境进行研究。详细分析了轨道运动的经典动力学方程和改进春分点方程的特点,分别用于小推力变轨的分析和计算。后对变轨空间环境因素进行逐一研究,指出地影和摄动是影响小推力变轨的重要因素。其次,研究小推力推进卫星平台的推力器构型设计,设计了四推力器、八推力器和十六推力器构型配置方案,并详细分析了各配置的空间任务可行性。着重对十六推力器的复杂构型设计进行研究,提出了姿轨一体控制推力分配方法,并通过仿真验证了该方法的有效性。然后,研究小推力推进GTO轨道到GEO轨道转移设计和优化。考虑变轨任务约束、空间地影和摄动影响,提出了基于控制参数分析的小推力推进轨道转移方法。进一步建立推力器误差模型、统计推力器开关次数,研究推力器误差和推力器寿命对变轨的影响。通过仿真验证该方法的有效性和可靠性。最后,对轨道转移中卫星的低雷达可探测性进行研究。针对低雷达可探测卫星的特点,以具有低雷达散射面积(RCS)的卫星为研究对象,提出了卫星在雷达探测区进行姿态调整以实现低雷达可探测性,设计了基于低可探测约束的小推力推进轨道转移方案,并进行仿真验证。在此基础上,开展小推力推进GEO轨道转移仿真平台的研究,对平台的关键模块进行设计和实现。
【关键词】：小推力推进 GEO卫星 推力器配置 轨道优化 低可探测性
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V43;V412.41
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-15
• 第一章 绪论15-24
• 1.1 论文研究背景及研究意义15-16
• 1.2 国内外相关技术发展现状16-22
• 1.2.1 小推力推进发展现状16-18
• 1.2.2 小推力推进器配置发展现状18-20
• 1.2.3 小推力轨道转移技术发展现状20
• 1.2.4 卫星低可探测性发展现状20-22
• 1.3 论文主要研究内容和章节安排22-24
• 第二章 小推力推进卫星轨道模型研究24-33
• 2.1 引言24
• 2.2 小推力转移轨道任务分析24-25
• 2.3 小推力推进卫星轨道动力学模型25-29
• 2.3.1 经典动力学根数及动力学方程26-28
• 2.3.2 改进春分点轨道根数及动力学方程28-29
• 2.4 小推力推进卫星轨道转移环境动力学模型29-32
• 2.4.1 地球非球形引力摄动29-30
• 2.4.2 大气阻力摄动30
• 2.4.3 第三体摄动30-31
• 2.4.4 太阳辐射压摄动31
• 2.4.5 地影31-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第三章 小推力推进卫星推力器构型设计和分析33-45
• 3.1 引言33
• 3.2 小推力推进卫星构型设计和任务可行性分析33-37
• 3.2.1 四电推力器构型配置34-35
• 3.2.2 八电推力器构型配置35-36
• 3.2.3 十六电推力器构型配置36-37
• 3.3 十六推力器姿轨一体控制推力分配方法37-43
• 3.3.1 推力分配数学模型建立37-40
• 3.3.2 姿轨一体控制推力分配方法40-41
• 3.3.3 仿真验证41-43
• 3.4 本章小结43-45
• 第四章 小推力推进GEO卫星轨道转移设计45-61
• 4.1 引言45-46
• 4.2 小推力轨道转移环境约束分析46-48
• 4.2.1 轨道转移过程摄动分析46
• 4.2.2 轨道转移过程地影分析46-48
• 4.3 基于控制参数分析法小推力轨道转移设计48-52
• 4.3.1 变轨分析和方案设计48-51
• 4.3.2 控制参数确定51-52
• 4.4 推力器误差模型建立52
• 4.5 龙格库塔法52-54
• 4.6 仿真与分析54-60
• 4.6.1 仿真条件设置54
• 4.6.2 仿真分析54-59
• 4.6.3 考虑推力器误差转移结果59-60
• 4.7 本章小结60-61
• 第五章 基于低可探测约束卫星轨道转移设计与仿真平台开发61-75
• 5.1 引言61-62
• 5.2 基于低可探测约束卫星轨道转移姿态控制方案设计62-65
• 5.2.1 地面雷达探测区域判断和建模62-63
• 5.2.2 推力控制角与姿态角的关系确定63-65
• 5.2.3 低可探测约束区卫星姿态控制65
• 5.3 基于低可探测约束卫星轨道转移姿态控制65-68
• 5.4 仿真分析68-71
• 5.4.1 单雷达探测仿真分析68
• 5.4.2 多雷达探测仿真分析68-70
• 5.4.3 仿真分析70-71
• 5.5 仿真平台设计71-74
• 5.5.1 仿真平台模块设计71-72
• 5.5.2 MATLAB GUI开发72
• 5.5.3 仿真平台运行界面72-74
• 5.6 本章小结74-75
• 第六章 全文总结与展望75-77
• 6.1 本文工作总结75-76
• 6.2 后续工作展望76-77
• 参考文献77-81
• 致谢81-82
• 在学期间的研究成果及发表的论文82-83

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 汪洋;韩长喜;;美国“太空篱笆”计划概述[J];现代雷达;2014年03期

2 禹凯;徐明;贾英宏;徐世杰;;基于离子推进技术的轨道转移设计[J];空间控制技术与应用;2013年05期

3 孙兆伟;仲惟超;张世杰;张健;;大气阻力摄动下平均轨道根数在轨实时确定方法[J];自动化学报;2013年10期

4 周志成;王敏;李烽;蔡国飙;汤海滨;;我国通信卫星电推进技术的工程应用[J];国际太空;2013年06期

5 段传辉;陈荔莹;;GEO卫星全电推进技术研究及启示[J];航天器工程;2013年03期

6 曹华文;李传荣;李子扬;刘U，

本文编号：878064