GEO卫星弃置轨道稳定性分析及离轨策略优化

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1、第22卷第l期航天器工程V01．22No．12013年2月SPACECRAFTENGINEERING21GEO卫星弃置轨道稳定性分析及离轨策略优化经姚翔杨慧(中国空间技术研究院，北京100094)摘要运用解析和数值计算两种方法，分析了各种摄动源对地球静止轨道(GEO)卫星弃置轨道近地点高度变化的影响，得到了近地点高度的变化规律。利用二阶日月引力摄动可造成GEO卫星弃置轨道近地点升高的特点，提出新的卫星离轨策略，在不满足机构间空间碎片协调委员会(IADC)“空间碎片减缓指南”中，GEO卫星弃置轨道偏心率小于0．003

2、要求的情况下，还可以保证卫星不再进入GEO保护区域。关键词GEO卫星弃置轨道；空间碎片；稳定性；偏心率中图分类号：V412文献标志码：ADOI：10．3969／j．issn．1673—8748．2013．01．005AnalysisonStabilityofGEOSatelliteDisposalOrbitandDe。orbitingStrategyJINGYaoxiangYANGHui(ChinaAcademyofSpaceTechnology，Beijing100094，China)Abstract：Allpe

3、rturbationstoGEOsatellitedisposalorbitareanalyzedbyusingbothanalyticalandnumericalmethodsandtheresultofvariationinperigeeheightofGEOsatellitedisposalorbitisgiven．Withthecharacterof2“8orderlunisolarperturbation。anewde—orbitingstrategyispro—vided，whichcanensuret

4、hattheGEOsatelliteprotectedregionwillnotbepenetrated．Especiallythede—orbitingstrategyisapptherequirementofGEOsatellicabletothecasethatthedisposalorbiteccentricitydoesnotmeettedisposalorbitasspecifiedinIADCguideline．Keywords：GEOsatellitedisposalorbit；spacedebri

5、s；stability；eccentricity1引言地球静止轨道(GEO)卫星以其相对地面静止的特性被广泛应用于通信、广播、气象、导航等领域，是一项非常重要的资源，目前某些区域已经非常拥挤；而且随着对这些领域需求的增长，进入这一有限空间内的航天器将越来越多[1]。GEO卫星达到工作寿命后如果仍停留在地球静止轨道附近，那么废弃卫星会不断堆积，必然将增加在轨运行卫星与其碰撞的危险。为此，机构间空间碎片协调委员会(IADC)起草了《IADC空间碎片减缓指南》[2。3]，其中对GEO划出了保护区域，要求离轨卫星不再进入地

6、球静止轨道径向±200km、纬度方向±15。构成的扇形球壳区域，同时也对废弃卫星的处置轨道提出了近地点高度和偏心率大小的要求。本文对GEO卫星弃置轨道近地点高度受到的各种摄动源，尤其对日月引力摄动进行了分析，结果表明：弃置轨道偏心率较大时，二阶日月引力摄动对不同近地点方向的弃置轨道近地点高度变化有着严重影响。利用这一日月对GEO卫星弃置轨道的摄动特性，可优化GEO卫星的离轨策略，通过选择近收稿日期：201212—12；修回日期：2013一01一06作者简介：经姚翔(1980一)，男，高级工程师，从事卫星总体设计工作

7、。Email：jyxl980@gmail．com。航天器工程22卷地点的方向来有效抑制弃置轨道近地点的下降，从而可突破《IADC空间碎片减缓指南》中的弃置轨道偏心率限制。2IADC减缓指南要求IADC是国际上进行国家问空间碎片协调的专门机构，有中、美、英、法、德、意、俄、日、印、乌克兰等国参加，其制定的《IADC空间碎片减缓指南》在国际上具有约束性和通用性。减缓指南中对GEO卫星弃置轨道初始状态提出了以下要求：△H一200+35+1000crA／m1、(1)P<0．003式中：△H为离轨结束后近地点高度的最小增加值

8、(km)；200为GEO保护区域上限高度(km)；35为变轨的卫星在日月和地球引力摄动下近地点最大下降高度之和(km)；1000C。A／m为太阳光压摄动引起的近地点高度下降，其中C，为太阳辐射压力系数，Aim为卫星面积与干星质量之比(m2／kg)。3GEO卫星弃置轨道近地点高度的演化特性GEO卫星弃置轨道近地点，一般设在高于地球同步轨道200300km的高度