立方体卫星制动帆装置离轨时间分析

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1、v01．25No．3航天器工程第25卷第3期26SPACECRAFTENGINEERING2016年6月立方体卫星制动帆装置离轨时间分析梁振华曾玉堂张翔莫乾坤于永军廖文和(南京理工大学机械工程学院，南京210094)摘要为了避免立方体卫星(CubeSat)失效后成为空间碎片，在立方体卫星寿命末期应采用低成本制动帆装置使其快速脱离轨道，从而减少对低地球轨道(LEO)航天器碰撞和损坏的威胁。文章建立了立方体卫星离轨的数学模型，得到立方体卫星离轨时间的影响因素分别为立方体卫星面质比、轨道高度和发射日期。应用实例仿真分析上述3种影响因素对离轨时间的影响，结果表明：随着立方体卫星面质比的

2、增加，离轨时间不断减少；轨道高度越高，离轨时间越长；发射日期不同，离轨时间也存在较大的差异，在太阳活动峰年时离轨时间短，在太阳活动低年时离轨时间长。根据分析结果，对于3U立方体卫星而言，制动帆面积可设计为4m2。关键词立方体卫星；制动帆装置；离轨时间；面质比；轨道高度；发射日期中图分类号：V412．4文献标志码：ADOI：10．3969／j．issn．1673—8748．2016．03．004De-orbitingTimeAnalysisonDragSailDeviceofCubeSatLIANGZhenhuaZENGYutangZHANGXiangMOQiankunYUYon

3、gjunLIAOWenhe(SchoolofMechanicalEngineering，NanjingUniversityofScienceandTechnology，Nanjing210094，China)Abstract：Toavoidanon—functionalCubeSatbecomingspacedebris，itiSnecessarytousealow—costdragsaildeviceasanend—of-lifedisposalwhichmakestheCubeSatdeorbitquicklyanddecreasesthethreatofcollision

4、sanddamagestootherspacecraft．ACubeSatde—orbitingmathe—maticalmodeliSestablished．andthefactorsinfluencingde—orbitingtimeareobtainedsuchasarea—massradio，orbitaltitudeand1aunchdate．Someexamplesareusedtoanalyzethesefactors．andthesimulationresultsshowthatthearea-massratioofCubeSathashighinfluence

5、onthede—orbitingtime．Thegreaterarea—massratiois，theshorterde—orbitingtimeis．Also，thede—orbitingtimeincreasesastheorbitaltitudeisincreasing．What’Smore，thede—orbitingtimeofaCubeSatcanvarydependingonlaunchdatethathighsolaractivitygiveslowerde—orbitingtimeandlowsolaractivitygiveslongerde—orbitin

6、gtime．Accordingtotheresultsoftheanalysis，adragsaildevicewithadeployedareasof4m2isdesignedfora3UCubeSat．Keywords：CubeSat；dragsaildevice；de—orbitingtime；area—massradio；orbitaltitude；launchdate引言从20世纪60年代以来，空间碎片的数量迅速增长，并且主要集中在距离地面1000km以下的低地球轨道(LEO)。随着空间碎片数量的不断积累，碰撞的风险也不断增加，碰撞产生的碎片又会继续与其他空间物体碰撞

7、产生新的碎片，如果不及时采收稿日期：2015—11—09；修回日期：2016—04—11基金项目：江苏省普通高校研究生科研创新计划项目(KYLXl5—0343)作者简介：梁振华，男，博士研究生，研究方向为微小卫星轨道机动及离轨技术。Email：liangzh2014@126．corn。第3期梁振华等：立方体卫星制动帆装置离轨时间分析取措施，这种潜在的多米诺效应将导致空间环境持续恶化[1]。目前，一些在轨航天器已经受到空间碎片的威胁，最明显的例子是2009年废弃的苏联宇宙一2251(Kosmo