[发明专利]一种基于太阳光压的中轨道卫星离轨方法

说明书

本发明提供一种基于太阳光压的中轨道卫星离轨方法，考虑到中轨道区域目前还没有明确的废弃卫星处理原则以及太阳帆技术的发展前景，建立废弃卫星的摄动力模型，废弃卫星长期演化模型，分析了有无太阳帆情况下的长期演化情况，验证了太阳帆实现再入大气层的可行性，以及研究初始轨道参数对废弃卫星长期演化的影响，为选择合适的再入大气层初始轨道参数提供了参考。

技术领域

本发明属于中地球轨道卫星离轨技术领域，具体涉及一种基于太阳光压的中地球轨道离轨方法。

背景技术

传统卫星离轨主要还是依靠推进剂机动，而对于中地球轨道卫星。以导航卫星为例，轨道高度约为20000km，要将其轨道高度降低到再入大气层所消耗的推进剂太大。而推进剂是卫星运行的宝贵资源，多携带近100kg推进剂不仅需要重新设计卫星结构，也会增加卫星发射成本。学者们开始探索利用摄动力进行轨道机动，而这些摄动力中，只有大气阻力和太阳光压可以利用，其他摄动力都是保守力，而大气阻力只有在轨道高度低于100km高度才比较明显，高于 100km时大气阻力很小可以忽略。太阳光压的一个优势就是不消耗推进剂，只要对着太阳光就有太阳光压，但是太阳光压的量级很小，为此需要考虑一种太阳光压增强装置。

基于太阳光压的MEO卫星离轨研究目前主要集中在离轨参数选择和太阳帆设计问题。其中离轨参数是指轨道参数，初始轨道参数不同，对废弃卫星长期演化起着很重要的作用。通过初始轨道参数的选择，既可以找到偏心率稳定的轨道，也可以找到偏心率增长的轨道。这些初始轨道参数包括偏心率、近地点幅角和升交点赤经。通过控制变量研究各初始轨道参数对废弃卫星的长期演化的影响，可以为初始轨道参数的选择提供遵循。

发明内容

针对现有MEO区域目前还没有明确的针对废弃卫星的处理原则，本发明提供一种基于太阳光压的MEO卫星离轨方法，提出了将太阳光帆这种新型的动力系统与废弃卫星相结合的设计，解决了传统离轨方式存在的弊端，弥补了中轨道废弃卫星离轨方案的缺乏，光帆系统直接利用太阳光压产生动力，既不会对环境造成污染，又减少了因携带燃料对有效载荷造成的占比。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种基于太阳光压的中轨道卫星离轨方法，包括以下步骤：

步骤1：建立摄动力模型；

空间碎片运动过程中，除了受地球中心引力的作用，还会受到复杂摄动力的作用。摄动力对碎片运行轨道的变化起着决定性作用。设碎片的运动加速度 a_sd为可分解为：

a₀—地球中心引力加速度；

a_ns—地球非球形摄动加速度；

a_d—大气阻力摄动加速度；

a_s—太阳引力摄动加速度；

a_M—月球引力摄动加速度；

a_sr—太阳光压摄动加速度；

除了公式(1)中包含的摄动力，空间碎片在轨运行过程还受到一些微小摄动力的作用，如地球反照辐射压、相对论效应和地球固体潮等，这些微小摄动力产生的加速度量级与上述提到的主要摄动力加速度相比要小得多，在碎片环境演化计算中将不予以考虑。

(1)地球非球形摄动

地球非球形摄动是空间碎片在轨运行受到的量级最大的摄动力，而其中J₂项摄动的影响最为显著，其摄动位函数如下：

G—地球引力常数；

M—地球质量；