全电推进GEO卫星的变轨策略研究

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1、第24卷第2期2015年4月航天器工程SPACECRAFTENGINEERINGVol_24NO．2全电推进GEO卫星的变轨策略研究田百义雪丹黄美丽(北京空间飞行器总体设计部，北京100094)摘要针对采用全电推进平台的GEO卫星的轨道转移问题，在给定电推进轨道控制模型的基础上，开展卫星由GTO向GE()的变轨策略研究。首先，在轨道远地点高度不变的基础上，给出了给定控制解析解的变轨策略，并给出了该种策略轨道控制律的解析解。其次，文章基于李雅普诺夫优化原理给出了优化的变轨策略，并结合仿真算例计算了该种策略控制律的数值解。在电推进优化

2、转移策略研究的基础上，还分析了全电推进平台卫星在不同推力下的变轨时间需求。文章的变轨策略可为电推进系统在航天领域的应用提供参考。关键词全电推进；小推力；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—8748．2015．02．002OrbitTransferStrategiesforGEOSatellitesUsingAll—electricPropulsionTIANBaiyiXUEDanHUANGMeili(BeijingInstituteofSpacecraftSy

3、stemEngineering，Beijing100094，China)Abstract：BasedonthelOW—thrustorbitcontrolmodel，orbittransferstrategiesforGEOsatellitesthatuseall—electricpropulsionfromGTOtoGEOareanalysedinthispaper．Firstly，theanalyti—calstrategyisinvestigatedbasedonthefixedorbitapogee，andtheanaly

4、ticalcontrollawisgivenforthisstrategy．Secondly，theoptimaltransferstrategyisstudiedbasedontheLyapunovfeed—backcontrollaw，andthenumericalcontrollawisgivencombinedwithanexample．Besides，thetransfertimerequiredisevaluatedfordifferentthrustaccordingtotheoptimaltransferstrat

5、egy，whichishelpfultoprovidingadvicefortheapplicationofelectricpropulsioninspaceexploration．Keywords：all—electricpropulsion；low—thrust；GEO；orbittransfer1引言从20世纪60年代至今，电推进技术的发展经历了原理样机研制、在轨飞行验证、工程化应用三个主要阶段，随着技术发展的深化和不断的改进优化，电推进技术已日趋成熟，并且在轨得到了广泛应用。当前，电推进技术在地球静止轨道(GEO)卫星中主

6、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控制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，这类应用拥有着巨大的发展前景，能够显著节省卫星携带的推进剂的质量，提高有效载荷比。然而但轨道转移与在轨位置保持的要求不同，它对电推力器的能力提出了更高的要求。电推进系统推力较小，一般在几十毫收稿日期：20140825；修回日期：2015-02—09基金项目：国家重大航天工程作者简介：田百义，男，工程师，从事航天器轨道设计工作。Email：tianbaiyi@163．coi

7、n。航天器工程牛到几百毫牛之间，远远小于化学推进的几百牛，因此使用电推进从地球同步转移轨道(GTO)变轨至GEO的时间将长达数月，且变轨策略与采用大推力化学推进系统相比也有很大区别口。4]。2012年3月，波音卫星系统公司在一次商业通信卫星竞标中推出了全球首款全电推进平台——BSS一702SP平台，拉开了全电推进卫星研制的序幕。所谓全电推进，即放弃化学推进，只依靠电推进系统完成所有的轨道机动。全电推进平台正在成为未来地球静止轨道卫星的一个发展方向。本文主要研究GEO卫星采用全电推进平台的变轨策略问题[5。7]，并以GEO卫星轨道转

8、移任务为例，分析电推进系统进行轨道转移的能力，并给出给定控制解析解和优化的轨道转移两种策略，为我国电推进系统在航天领域的应用研究提供参考。2轨道控制模型由于电推进系统提供的推力加速度位于10_3～10_5m／s2的量级，与航天器自身受到的摄动加速度