【摘 要】
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在轨运动的人造地球卫星会产生带静电现象,带静电的卫星与地球磁场相互作用受到洛仑兹力摄动。本文分析了两种带电模式对经典轨道根数长期变化的影响:卫星恒定带电模式;前半个轨
【出 处】
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中国科学院研究生院 中国科学院大学
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在轨运动的人造地球卫星会产生带静电现象,带静电的卫星与地球磁场相互作用受到洛仑兹力摄动。本文分析了两种带电模式对经典轨道根数长期变化的影响:卫星恒定带电模式;前半个轨道周期卫星带电、后半周期不带电的非恒定带电模式。恒定带电模式可以有效地改变轨道升交点赤经、近地点幅角和平近地点角,对轨道半长轴、偏心率和倾角几乎不产生长期影响;而非恒定带电模式则可以有效地改变轨道偏心率。基于洛仑兹力作用下轨道根数长期变化规律以及轨道根数差描述的带电副星相对于不带电主星的运动,提出了利用洛仑兹力以及两种带电模式实现地球低轨近圆参考轨道卫星编队的控制策略,包括编队绕飞椭圆大小重构、编队中心漂移控制及实现J2不变编队,解析求解了副星所需的带电量,并利用数值仿真验证了洛仑兹力控制的可行性。
本文提出了一种新的利用星间洛仑兹力卫星控制卫星相对运动的方法:使主星产生自旋磁场,副星带电,通过控制副星所受的星间洛仑兹力进行编队。假设主星产生的人造磁场表现为偶极子并且星间洛仑兹力不影响主星运动,推导了在主星HCW(当地垂直当地地平坐标系)坐标系下相对运动动力学方程。针对偶极子与HCW坐标轴重合的三种情况,采用稳定性分析方法寻找到平衡点并分析其线性化意义下的稳定性。证明了各种情况下周期轨道与周期轨道族的存在。特别地,在偶极子指向HCW坐标系z轴方向时,将非线性动力方程作恰当简化,推导了系统积分常数与零速度曲线。然后利用Lindstedt-Poincare摄动方法发现了类似于限制性三体问题中halo轨道的周期轨道,采用Poincare映射寻找稳定周期轨道以及微分校正法(differential correction method)求解了周期轨道,并计算出周期轨道的稳定流形与不稳定流形。最后探讨了洛仑兹力应用前景,包括主动带电方案以及高温超导体在空间的应用。总之,基于洛仑兹力的相对运动与卫星编队还处于概念阶段,还需进一步的深入研究。
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