[发明专利]一种超低轨道卫星的轨道维持方法

说明书

本申请公开了一种超低轨道卫星的轨道维持方法，包括：设置卫星参数以及大气参数，根据所述卫星参数以及所述大气参数构建轨道动力学模型，其中，所述卫星参数包括卫星轨道参数、卫星基本参数以及初始卫星轨道控制参数；构建优化模型，根据所述优化模型、所述轨道动力学模型、所述卫星轨道参数以及所述卫星基本参数对所述初始卫星轨道控制参数进行优化得到优化后的轨道控制参数，其中，所述优化模型包括多个优化约束条件；根据所述优化后的轨道控制参数控制吸气式推进系统收集空气以及排出空气实现对超低轨道卫星维轨。本申请解决了现有技术中超低轨卫星难以长期在轨维持的技术问题。

技术领域

本申请属于卫星通信技术领域，涉及一种超低轨道卫星的轨道维持方法。

背景技术

相比于传统卫星，超低轨道卫星具有重访周期短、光学成像侦察分辨率高、雷达成像侦察载荷功耗小以及生存能力强等优势，在战场侦察监视和快速应急响应等任务中有较广阔的应用前景。但是，由于超低轨道上空气浓度大、大气阻力的强摄动影响使得卫星轨道衰减速度快，卫星的寿命受到严重制约，并且需要携带大量的燃料进行轨道维持，这使得卫星不具备长期在轨运行的能力。因此，大气阻力是阻碍超低轨道卫星轨道维持以及广泛应用的一大技术难题。

目前，对于超低轨道卫星轨道维持的方法有多种，例如，GOCE卫星是欧空局研制的超低轨道卫星，用于进行地球重力场和海洋环流的探测，该卫星平均轨道高度为260km，采用无阻力飞行的轨道保持策略，离子推进器持续工作以补偿大气阻力造成的轨道高度衰减；Rock等人以Jacchia-Roberts大气密度模型为基础，利用基于全状态反馈的自适应比例微分控制算法实现了无阻力飞行；徐明等人提出了一种基于加速度计的偏无拖曳卫星的干扰补偿控制方法，将超低轨道卫星所受到的部分非保守力补偿掉。但是，这些方法需要携带额外的燃料来维持卫星的超低轨道，不仅会导致卫星整体重量的增加，增加系统的复杂程度，同时还影响有效载荷的可搭载量。

发明内容

本申请解决的技术问题是：针对现有技术中超低轨卫星难以长期在轨维持的问题，本申请提供了一种基于吸气式推进系统的超低轨道卫星维轨方法，本申请实施例所提供的方案中，将超低轨道大气作为推进系统工质，利用吸气式电推进系统将其转化为推力，用以弥补大气阻力带来的能量损耗；同时保证吸气弧段的吸气量与推进弧段消耗的气体量实现轨内平衡，克服超低轨卫星难以长期在轨维持的问题。

第一方面，本申请实施例提供一种超低轨道卫星的轨道维持方法，该方法包括：

设置卫星参数以及大气参数，根据所述卫星参数以及所述大气参数构建轨道动力学模型，其中，所述卫星参数包括卫星轨道参数、卫星基本参数以及初始卫星轨道控制参数；

构建优化模型，根据所述优化模型、所述轨道动力学模型、所述卫星轨道参数以及所述卫星基本参数对所述初始卫星轨道控制参数进行优化得到优化后的轨道控制参数，其中，所述优化模型包括多个优化约束条件；

根据所述优化后的轨道控制参数控制吸气式推进系统收集空气以及排出空气实现对超低轨道卫星维轨。

在本申请实施例所提供的方案中，通过构建轨道动力学模型以及优化模型，对初始卫星轨道控制参数进行优化得到优化后的轨道控制参数，根据优化后的轨道控制参数控制吸气式推进系统收集空气以及排出空气实现对超低轨道卫星维轨。即将超低轨道大气作为推进系统工质，利用吸气式电推进系统将其转化为推力，用以弥补大气阻力带来的能量损耗；同时保证吸气弧段的吸气量与推进弧段消耗的气体量实现轨内平衡，克服超低轨卫星难以长期在轨维持的问题。

可选地，根据所述卫星参数以及所述大气参数构建轨道动力学模型，包括：

根据所述大气参数进行数据拟合得到大气密度与高度之间的对应关系，根据所述对应关系以及所述卫星参数构建大气阻力模型；

根据所述卫星轨道参数、所述卫星基本参数以及所述大气阻力模型构建所述轨道摄动模型。