GEO卫星电推进与化学推进组合变轨方案研究

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1、V01．24No．3航天器工程第24卷第3期28SPACECRAFTENGINEERING2015年6月GEO卫星电推进与化学推进组合变轨方案研究田百义黄美丽冯昊赵峭(北京空间飞行器总体设计部，北京100094)摘要针对GEO卫星采用电推进和化学推进系统进行变轨的问题，在给定轨道控制模型的基础上，给出实现轨道半长轴、偏心率和倾角3个参数单独调整和联合控制的控制律。结合假设的运载火箭发射能力约束，给出航天器不同入轨高度对应的初始质量。以此为约束，给出化学推进和电推进不同组合的6种GTO向GEo转移方案，并对比分析各方

2、案完成变轨所需的时间、推进剂、速度增量以及完成变轨后的质量剩余情况，研究方法可为电推进系统在航天领域的应用提供参考。关键词电推进；化学推进；地球静止轨道；轨道转移中图分类号：V474．3文献标志码：ADOI：10．3969／j．issn．1673—8748．2015．03．005OrbitTransferConceptforGEOSatellitebyCombinationofElectricandChemicalPropulsionTIANBaiyiHUANGMeiliFENGHaoZHAOQiao(Beijin

3、gInstituteofSpacecraftSystemEngineering，Beijing100094，China)Abstract：Basedontheorbitcontrolmodel，orbittransferstrategiesforGEOsatellitesthatusingelectricandchemicalpropulsionfromGTOtoGEOareanalyzedinthispaper．Firstly，theorbitlawsforseparatedandcombinedcontrolo

4、fchangingsemi—majoraxis，eccentricity，andinclinationareinvestigated．Secondly，thesatelliteinitialmassescorrespondingtoaltitudeofinjectionaregivenaccordingtothelauncherrestrictions，andsixorbittransferschemesforGTOtOGEOarestudied．Attheendofthispaper，thetimeoffligh

5、t，propellantandvelocityincrementrequiredforeachschemearepresented．Theresearchinthisarticleishelpfultoprovidingadvicefortheapplicationofelectricpropulsioninspaceexploration．Keywords：electricpropulsion；chemicalpropulsion；GEO；orbittransfer1引言随着航天事业的发展，高效的电推进系统得到了

6、广泛的应用，其特点是比冲高、寿命长、推力方向可调、推力精确。与化学推进相比，电推进可大大减少卫星推进剂携带量，从而可提高有效载荷与整星的质量比[1j。当前，电推进技术在地球静止轨道(GEO)卫星中主要应用于南北位置保持，这是由于电推进推力较小的特点决定的。随着电推进技术的成熟，电推进技术的应用已逐渐从静止轨道南北位置保持向完成整个轨道转移任务的方向转变，这类应用有着巨大的发展前景。电推进系统推力较小，一般在几十毫牛到几百毫牛之间，远远小于化学推进的推力，所以使用电推进从地球同步转移轨道(GTO)变轨至GEO的时间将

7、长达百天，因此变轨方案与采用大推力的收稿日期：2015-03—19：修回日期：2015一05一05作者简介：田百义，男，工程师，从事航天器轨道设计工作。Email：tianbaiyi@163．coin。第3期田百义等：GEO卫星电推进与化学推进组合变轨方案研究化学推进系统相比也有很大区别[2‘5]。如果采用电推进系统与化学推进系统相结合进行变轨，相对于化学推进，也可以增大卫星的有效载荷；相对于电推进，可以显著地减小航天器完成变轨的时间。但是，不同的轨道转移方案，变轨所需时间和推进剂均有不同，须根据卫星工程任务总体的

8、时间和推进剂要求，以及电源、测控等分系统的约束，合理设计和选择变轨方案。本文研究GEO卫星组合使用电推进系统与化学推进系统进行变轨的方案，作为算例给出6种电推进和化学推进组合变轨方案，对比分析各方案的轨道转移时间和推进剂消耗情况，可以得到：化学推进使用越多，可有效缩短变轨时间，当然也会付出较多的推进剂。这种方法可以供我国电推进系统在航天领域的应用研究提供参考