地球静止轨道共位控制策略研究.pdfVIP

第30卷第3期 宇 航 学 报 V01．30No．3 2009年5月 JournalofAstronautics Mav 2009 地球静止轨道共位控制策略研究 李恒年1”，高益军4，余培军2，李济生3，黄永宣1 (1．西安交通大学系统工程研究所，西安710048；2．中国西安卫星测控中心，西安710043； 3．总装备部科学技术委员会，北京100034；4．中国航天科技集团公司五院502所，北京100080) 摘 要：双星或多星共位是解决地球静止卫星轨位紧张的主要手段，共位控制策略是保证共位卫星安全的必 然需求。综述了地球静止轨道共位控制策略的设计方法和数学原理；通过建立共位卫星最小接近距离与轨道偏置 量的约束方程，给出经度隔离漂移环分配算法，绕飞隔离偏心率偏置控制算法，和外切隔离圆四星共位偏心率相对 偏置算法，基于隔离带的倾角矢量四象限偏置算法；分析和比较了不同控制策略的适用条件、代价和控制精度；以 实际测量的相对距离变化，分析了共位控制策略的有效性和安全性。 关键词：静止轨道；共位控制；位置保持；轨道控制 中图分类号：V247 文献标识码：A 文章编号：1000．1328(2009)03—0967-07 DOI：10．3873／j．issn．1000—1328．2009．00．024 星产生空间相对安全隔离距离，并利用静止轨道卫 0引言 星东西／南北保持控制时机，强制共位卫星在其生命 地球静止轨道卫星必须保持在高度约为35800周期内满足轨道约束条件，从而达到共位卫星安全 公里的赤道圆环上，考虑到静止卫星摄动运动规律， 运行的目的。因此，地球静止轨道多星共位策略的 单颗静止轨道卫星占有赤道经度约士0．1度，理论 主要研究内容是：一是根据共位卫星定点精度、轨道 上最多有1800颗静止轨道卫星，因此，静止轨道定摄动特点和卫星燃料需求，设计共位卫星轨道约束 点经度是有限资源。特别是亚太地区和远东地区轨 条件方程；二是根据共位卫星轨道约束方程，设计东 位紧张的局面，已经引起国际社会的关注，部分赤道 西／南北保持控制算法使得在整个共位星寿命期保 国家曾经对其上空静止轨位提出主权要求，但没有 持轨道约束条件。 得到大多数国家和组织的响应。另一方面，出于备 本文通过建立共位卫星轨道偏置量与轨道定位 份星和其他应用目的考虑，双星或多星需要共享同 精度和最小隔离距离之间的条件方程，给出经度隔 一定点经度。国际上最早于上世纪80年代出现双 离策略经度漂移环分配算法，偏心率隔离策略偏心 星或多星共位案例，典型的如ESA的奥林帕斯通信 率偏置控制算法，给出了外切隔离圆的四星共位偏 卫星定点于西经19度，在该轨位上曾先后与一颗德 心率相对偏置算法和模型，和基于隔离带的倾角矢 国、两颗法国卫星共位，四颗卫星采用偏心率偏置协 量四象限偏置算法和模型，综合比较和分析了不同 调控制策略，共享±0．2度的分配区间¨1。我国目 策略的适用条件、共位代价和保持控制精度，最后给 前有两对卫星双星共位，分别共享±O．1度的经度 出偏心率倾角联合共位控制下，共位卫星在一年中 区间，另外一颗与其他两国卫星，三星共位共享±0． 实际测量的相对距离变化，分析了共位控制策略的 1度的轨位。设计双星或多星共位控制策略，避免 有效性和安全性。 共轨卫星发生物理碰撞和电子干扰，成为静止轨道 1双星共位控制原理 卫星控制的新课题。 静止轨道共位控制策略设计原理是：根据轨道 不适一般性，假设两颗静止轨道卫星，共享同一 定位精度，设计共位卫星轨道约束方程，使得共位卫 定点经度，双星径向距