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《编队飞行卫星群的轨道动力学特性与构形设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第22卷第4期宇航学报Vol.22No.42001年7月JOURNALOFASTRONAUTICSJuly2001编队飞行卫星群的轨道动力学特性与构形设计肖业伦张晓敏(北京航空航天大学宇航学院,北京100083)摘要:编队飞行卫星群由一些相对距离近的小卫星组成,在严格的条件下,若干颗伴随卫星环绕一颗中心卫星作相对运动,相对轨道为有特别性质的椭圆。本文研究了编队飞行卫星群的轨道动力学特性,提出了编队飞行的轨道构形设计的原则和方法。关键词:编队飞行卫星群;轨道动力学;轨道设计中图分类号:V412文献标识码:A文章编号:100021328(200
2、1)0420007206ORBITALDYNAMICALCHARACTERISTICSANDCONFIGURATIONDESIGNOFFORMATIONFLYINGSATELLITESXiaoYelunZhangXiaomin(SchoolofSpaceTechnology,BeijingUniversityofAero2Astronautics,Beijing100083)Abstract:Clusterofformationflyingsatellitesconsistsofseveralcompanionsatellitesthatm
3、akerelativemotiontoacentralsatelliteunderstrictconditions.Thetrajectoryofrelativemo2tionisellipsewithspecialproperties.Thispaperrevealsthedynamicalcharacteristicsofrelativeorbitalmotionofformationflightandpresentstheprinciplesandmethodfortheorbitconfigu2rationdesignofforma
4、tionflight.Keywords:Formationflyingsatellites;Orbitdynamics;Orbitdesign1引言九十年代后期,一类新的卫星组网技术受到重视,这就是编队飞行卫星群(formationflyingsatellites),也称为分布式卫星(distributedsatellites),伴随卫星群(clusterofcom2panionsatellites)等。卫星编队一般由若干颗伴随卫星和一颗中心卫星和组成。中心卫星可收稿日期:2001201208,修回日期:2001205209基金项目:国家自
5、然科学基金资助项目(10082001)作者简介:肖业伦(19372),男,博士生导师,著有“飞行器运动方程”和“航天器飞行动力学原理”等书,研究方向为飞行器设计,航天器动力学与控制。©1994-2008ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net8宇航学报第22卷以存在(称为实中心卫星),也可以不存在(称为虚中心卫星)。卫星编队和卫星星座的不同点在于:卫星星座为稀疏分布,各卫星之间的距离大约是轨道半径的量级,即几千千米;
6、而卫星编队为密集分布,卫星之间的距离比轨道半径小若干个数量级,为几米至几十千米。卫星编队具有如下基本特点:1)由多颗(N>=2)卫星组成;2)卫星之间的距离不大(几米至几十千米);3)轨道半长轴必须严格相等,而其它轨道要素有微小差别;4)形成一定的构型,即若干颗卫星在环绕地球运行的同时,相对地环绕着一颗“中心卫星”运行;5)环绕的相对轨道具有一定的性质,而且环绕周期等于基准轨道周期;6)相对轨道的构型基本上依靠自然规律维持,而不是依靠推进装置或系绳;7)在整体功能上相当于一颗大的“虚拟卫星”。编队飞行卫星群是一个新兴的航天技术领域。1998
7、年,美国国防部和NASA启动了大学纳米卫星计划,共10所大学提出了5项卫星编队计划:ION-F、3^Sat、Emerald、Con2stellationPathfinder和SolarBlade,计划在2001年开始发射和在轨飞行试验。编队飞行卫星群受到了国内航天界的重视。目前正在跟踪国外技术发展,开展基础研究。卫星编队在功能上相当于一颗大卫星。由于编队的各颗卫星有规律的空间分布,它们可以在同一时刻对同一目标或对空间实行立体观测和探测,其应用领域包括对地观测、立体成像、精确定位、大气探测、天文观测和地球物理探测等。2微小卫星编队飞行基本原理
8、2.1相关定义首先假设中心卫星沿圆轨道运行。定义中心卫星质心轨道坐标系So:原点S为卫星质心,z轴铅垂向下指向地心,x轴在轨道平面内与z轴垂直指向前,y轴垂直于轨道平面指向右。在
