小倾角GSO卫星的转移轨道优化设计

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1、VoL23No．5航天器工程第23卷第5期!!些垒篁堕!!叁!里兰堕鱼!墼兰星垦型鱼!!!!篁!!旦小倾角GSO卫星的转移轨道优化设计李向阳经姚翔赵宏(中国空间技术研究院通信卫星事业部，北京100094)摘要分析了采用小倾角地球同步轨道(GsO)策略后轨道转移变轨推进剂消耗增加的原因，对传统的地球同步转移轨道(GTO)提出了优化措施，根据月份发射的不同，选取不同的转移轨道近地点幅角叫，降低了转移轨道变轨所需的速度增量。速度增量平均降幅可达到55m／s，相当于延长了该卫星1年的推进剂消耗寿命。文章的研究结果可为优化卫星总体设计提供参考。

2、关键词小倾角；地球同步轨道；位置保持；升交点赤经中图分类号：V412．4文献标志码：ADoI：10．3969／j．issn．1673—8748．2014．05．004optimizedTransferorbitDesignofLow—inclinationGSoSatelliteLIXiangyangJINGYao)【iangZHAoHong(InstituteofTelecommunicationSatellite，ChinaAcademyofSpaceTechnology，Beijing100094，China)Abst瑚屺t：T

3、hecausesofthepropellantconsumptionincreasesintransfer．orbitmaneuverareana一1yzed，andtheoptimizedmethodofGTOisemployedtodecreasethevelocityincrement，inwhichtheargumentofperigeeisoptimized．ThevelocityincrementoforbittransfertoitsfinallocationforGE0satellitesdecreasesbyabou

4、t55m／swiththeoptimizationofGTO，whichwillprolongsthelifeofsatellitesforonemoreyear．Theresearchresultscanprovideareferencetooptimiza—tionofsateUitesystemdesign．Keywords：low—inclination；GSO；stationkeeping；rightascensionofascendingnode(RAAN)1引言随着航天技术的发展，大型化的卫星应用越来越广泛，卫星上的有效

5、载荷质量也大幅增加[1]。以我国东方红四号平台卫星为例，有效载荷质量已从最初的450kg增加到了800kg左右，若还是按照传统的地球静止轨道卫星位置保持方式进行位置保持，卫星的推进剂寿命只能维持6年左右，将无法满足卫星的任务要求(东方红四号平台卫星寿命一般为12～15年)。所以，目前的一些地球静止轨道(GEO)卫星在寿命初期或末期采用小倾角(如3。)地球同步轨道(GSO)的方案，在卫星寿命初期和末期的几年内不进行南北位置保持，以解决卫星携带的推进剂不满足工作寿命要求的问题。但这类小倾角GSO往往是特定升交点赤经的小倾角GS0，否则无法

6、实现寿命初期卫星倾角逐渐减小的设计意图。若还是采用传统的地球同步转移轨道(GTO)进行发射(不通过特定升交点赤经)，会造成一年中大多数月份的转移轨道变轨所需推进剂消耗增加，这样就降低了采用小倾角GS0带来推进剂消耗减少的好处。这一问题在国内外的小倾角GS0卫星变轨设计上都会碰到，但这些运用小倾角GSO卫星还是采用了通常的GTO发射，这势必造收稿日期：2014一05—30；修回日期：2014一06一09基金项目：国家重大科技专项工程作者简介：李向阳，男，高级工程师，从事卫星总体设计工作。Email：face-sun@sina．com。第

7、5期李向阳等：小倾角GS0卫星的转移轨道优化设计成某些月份进行变轨时会多消耗推进剂，若卫星总体设计中有足够余量，那么这一额外的推进剂消耗也可被接受；然而研究结果表明，这一额外的推进剂消耗可通过优化GT0设计得到减少，从而给卫星总体设计提供更多的资源。本文分析了传统GTO的变轨至小倾角Gs0的推进剂消耗增加的原因，提出了转移轨道的优化方法，并以某卫星为例，给出了转移轨道的优化结果。小倾角的地球同步轨道策略小倾角GS0的设计可适用于数据中继卫星、导航卫星、移动通信卫星等[2]，在国外卫星上如“跟踪与数据中继卫星”(TDRS)、瑟拉亚(Th

8、uraya)卫星、国际移动通信卫星一4(Inmarsat一4)等，均已得到了较广泛的应用。1)倾角摄动日月引力摄动以及地球扁率的影响是造成GSO卫星轨道倾角发生变化的最主要因素[3]。倾角漂移率的变化为o．75(。)／年