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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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第一章 绪论

1.1 论文研究背景及研究意义

1.2 国内外相关技术发展现状

1.3 论文主要研究内容和章节安排

第二章 小推力推进卫星轨道模型研究

2.1 引言

2.2 小推力转移轨道任务分析

2.3 小推力推进卫星轨道动力学模型

2.4 小推力推进卫星轨道转移环境动力学模型

2.5 本章小结

第三章 小推力推进卫星推力器构型设计和分析

3.1 引言

3.2 小推力推进卫星构型设计和任务可行性分析

3.3 十六推力器姿轨一体控制推力分配方法

3.4 本章小结

第四章 小推力推进GEO卫星轨道转移设计

4.1 引言

4.2 小推力轨道转移环境约束分析

4.3 基于控制参数分析法小推力轨道转移设计

4.4 推力器误差模型建立

4.5 龙格库塔法

4.6 仿真与分析

4.7 本章小结

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

5.1 引言

5.2 基于低可探测约束卫星轨道转移姿态控制方案设计

5.3 基于低可探测约束卫星轨道转移姿态控制

5.4 仿真分析

5.5 仿真平台设计

5.6 本章小结

第六章 全文总结与展望

6.1 本文工作总结

6.2 后续工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的论文

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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。

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