[发明专利]一种基于气动力辅助的超低轨卫星轨道控制方法

说明书

本发明公开一种基于气动力辅助的超低轨卫星轨道控制方法：S1：根据已知卫星瞬时轨道要素，卫星平均轨道要素；S2：根据卫星平均轨道要素与目标平均轨道要素差距以及误差容限大小，确定卫星所处控制状态；S3：根据卫星所处控制状态及第一控制方法确定所需气动力方向，确定气动舵偏转方向；S4：将卫星全部受力代入摄动方程，得到新的瞬时轨道要素；S5：利用新的瞬时轨道要素计算空间误差，判断空间误差径向分量是否大于给定最大值；若是，返回S2，重复S2～S5；若否，步骤S3中第一控制方法替换为第二控制方法，返回S2，重复S2～S5。本发明可保证超低轨卫星完成对地观测的主要任务，可利用超低地球轨道处的独特大气环境。

技术领域

本发明涉及航天器轨道动力学技术领域，尤其涉及一种基于气动力辅助的超低轨卫星轨道控制方法。

背景技术

超低地球轨道是指平均轨道高度低于450km的地球轨道，超低轨卫星即为工作在超低轨道上的卫星，其轨道高度介于稠密大气层与传统近地轨道之间，弥补了从地面到外太空的一个空白区间，可以执行一些特殊任务并具有独特优势。相比于传统近地轨道卫星，超低轨卫星所处轨道高度更低，大气密度更大，气动力带来的影响更大。超低轨卫星的一个主要用途为对地观测，运行期间常期望卫星姿态保持对地稳定。因此，如何合理利用气动力，在辅助轨道控制的同时减小对任务的不利影响需要更深入的研究。

现阶段，应用于超低轨卫星及低轨卫星的自主轨道控制方法主要有两大类，一类是将自主控制问题转换为编队飞行问题，其中一个卫星是虚拟的，仅在重力作用下运行，并利用优化方法得到推力最小或成本最小的控制方法；另一类利用无阻力飞行技术，通过星载仪器准确测量大气阻力，施加控制力补偿大气阻力从而进行轨道保持。然而这些方法均将气动力视为阻力，施加控制力进行补偿或抵消，忽略了气动力作为轨道控制力的潜在用途。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于气动力辅助的超低轨卫星轨道控制方法，用以在卫星姿态保持三轴对地稳定的前提下，实现超低轨卫星轨道保持的控制策略，保证任意纬度下卫星实际位置与标称轨道位置偏差在给定的范围内。

本发明提供的一种基于气动力辅助的超低轨卫星轨道控制方法，包括如下步骤：

S1：根据已知的卫星瞬时轨道要素，利用平跟估算法得到此时卫星的平均轨道要素；

S2：根据所述卫星平均轨道要素与目标平均轨道要素的差距以及误差容限的大小，确定卫星所处控制状态；

S3：根据所述卫星所处控制状态及第一控制方法确定所需气动力方向，从而确定气动舵的偏转方向；

S4：将卫星全部受力代入摄动方程进行积分，得到新的瞬时轨道要素；

S5：利用所述新的瞬时轨道要素计算空间误差，判断空间误差径向分量是否大于给定的最大值；若是，则返回步骤S2，重复执行步骤S2～步骤S5；若否，则将步骤S3中的第一控制方法替换为第二控制方法，返回步骤S2，重复执行步骤S2～步骤S5。

在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述基于气动力辅助的超低轨卫星轨道控制方法中，步骤S1，根据已知的卫星瞬时轨道要素，利用平跟估算法得到此时卫星的平均轨道要素，具体包括：

利用平跟估算法过滤掉轨道要素的短周期项，得到平均轨道要素。

在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述基于气动力辅助的超低轨卫星轨道控制方法中，步骤S2，根据卫星平均轨道要素与目标平均轨道要素的差距以及误差容限的大小，确定卫星所处控制状态，具体包括：