[发明专利]自主卫星轨道碎片避让系统和方法

说明书

相关申请

本申请与递交日期为2012年5月7日的编号61/688071的美国临时申请相关。

背景技术

外太空具有如同在太空碎片委员会，美国国家研究理事会；轨道碎片：技术评估；美国国家科学院出版社，ISBM-10:0-309-05125-8；华盛顿，1995(Committee on Space Debris,National Research Council；Orbital Debris:A Technical Assessment；National Academy Press,ISBM-10:0-309-05125-8；Wash.,DC 1995)中所述的相当大数量的碎片。特别是在过去的四十年里，该地球周围的碎片由已经位于轨道上的整个卫星或者卫星的零件以及运载火箭生成。如P.Hattis在日益严重的轨道碎片的威胁；德雷帕实验室；为了更好的生活的更美好生活中心(P.Hattis in The Growing Menace of Orbital Debris；Draper Laboratory；Livebetter Center for a Better Life)中所述，这些物体中的数个被有意地毁坏、无意地爆炸或者有意地爆炸以生成小碎片。在高于地球大气层的轨道中生成的如此碎片将无限期地停留在那里。目前已经意识到碎片对于运营卫星造成影响的问题，并且如D.Baiocchi和William Welser IV在面对空间碎片；兰德公司；ISBM-978-0-8330-5056-4(D.Baiocchi and William Welser IV in Confronting Space Debris；Rand Corporation；ISBM-978-0-8330-5056-4)中所述，许多发达国家已经采取措施来缓解碎片的进一步增加。数十年来，已经意识到应当实现碎片清除，但是经济、法律和政治问题使得仍未有任何成果，如本人在Rouge商业对地同步通信卫星；IEEE广播会刊；BC-33，NO.1；1987年3月(Rouge Commercial Geosynchronous Communications Satellites；IEEE Transactions on Broadcasting；BC-33,NO.1；March 1987)中所述。

通信广播卫星的建造、发射和保险费用通常需要多达2.5亿美元。这些卫星通常具有15-18年的设计寿命。除了由于与轨道碎片碰撞造成的损失成本之外，卫星可以为以百万计的客户提供服务并且其替换通常花费三年时间。这导致客户服务和运营收入的一系列损失。

因为碎片对于运营卫星具有危害并且轨道碎片的数量仍然在增加，尽管这一增加具有比以往更慢的速率，一些卫星操作者(包括载人国际空间站)从地面雷达获取碎片位置和轨道的信息，尤其是从美国政府的NORAD雷达站获取信息，并且发送命令以使运营卫星移动，因此这些运营卫星的轨道避免与碎片的碰撞。地面雷达数据随着到碎片的距离的增加并且对于尺寸更小的碎片变得不太有效。

发明目的

根据本发明的一种用于卫星轨道碎片避让的系统和方法允许运营卫星自主或者半自主地避让轨道碎片。

本发明所提供的创新的有益效果允许卫星操作者不需要地面站提供轨道碎片评估和所需对策。

卫星上的碎片追踪能够更加优秀，因为地面站雷达必须解决由大气层和电离层引起的衰减和误差。

卫星通常具有球状体的几乎全视图，因为碎片能够来自任意方向，而单一地面站实际上能够看到球状体稍低的一半。

数个地面站能够克服以上所指的覆盖范围缺陷。一个同步卫星需要三个经度上相隔大约120度的地面站，并且更低的轨道卫星需要远多于三个地面站。这样的地面站价格昂贵并且具有包括其间相互通信在内的高昂的运营成本。

因为通常已经包含了大量计算能力而使得较大的卫星上的根据本发明的自主碎片避让系统的内含物尤其有效，这使得适度的设备和程序设计附件是可行的，并且卫星中现有的计算机子系统的结合是尤其有效的实施方式。

除上述以外，操作者可以很容易地在不再添加任何硬件以及仅很少的软件附件的情况下添加其它补充能力。除确定使得卫星的推进燃料消耗最少的避让轨道之外，卫星还可以确定所选择的避让轨道是否安全避免了与其它卫星和其它碎片的碰撞。卫星还可以确定所选择的避让轨道对于卫星系统运营性能的影响。