开普勒轨道航天器凸表面外热流通用计算方法研究

1

作者 易桦 黄兴 周宇鹏 《航天器工程》 CSCD 北大核心 2024年第5期59-64,共6页

空间外热流对航天器热设计有重要影响,因此必须开展外热流分析,以确定热设计方案和热分析极端工况。使用开普勒轨道航天器凸表面外热流通用计算方法,将其应用于常用的平面、圆柱面、圆锥面和球面,采用解析法或数值积分法计算太阳直射热... 空间外热流对航天器热设计有重要影响,因此必须开展外热流分析,以确定热设计方案和热分析极端工况。使用开普勒轨道航天器凸表面外热流通用计算方法,将其应用于常用的平面、圆柱面、圆锥面和球面,采用解析法或数值积分法计算太阳直射热流,采用数值积分或随机法求解行星红外和行星反照热流,能有效简化计算过程。根据此方法分析了上述常用凸表面在常用姿态(+Z对地,-Z对日,偏航和复杂机动)的瞬态外热流结果。此外,以复杂机动姿态下的瞬态外热流分析为例,将基于此方法的圆柱面、圆锥面和球面的瞬态外热流分析结果与热分析软件计算结果进行了对比,对比结果表明计算结果相差不超过6 W/m^(2),相对误差不超过5%,充分说明了此方法的准确性。 展开更多

关键词 开普勒轨道 外热流 解析法 数值积分法 随机法

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关于非开普勒轨道的讨论 被引量：8

2

作者 王萍 袁建平 范剑峰 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第1期37-41,66,共6页

讨论了非开普勒轨道问题的形成、提出及其应用。首先引述了开普勒三大定律,说明了其作为天文观测结果的创造性概括能够描述行星的运动学原理;然后提出了非开普勒轨道问题,它是人造卫星可控性的必然结果。叙述了典型的非开普勒轨道问题,... 讨论了非开普勒轨道问题的形成、提出及其应用。首先引述了开普勒三大定律,说明了其作为天文观测结果的创造性概括能够描述行星的运动学原理;然后提出了非开普勒轨道问题,它是人造卫星可控性的必然结果。叙述了典型的非开普勒轨道问题,包括航天器在单心引力场中的运动(即二体问题)和多心引力场中的运动(即多体问题),作为特例研究了螺旋变轨爬升轨道和悬挂轨道。最后提出了非开普勒轨道的应用,包括动能拦截问题,多星编队、组网与重构问题,系统整体组合优化机动问题等。 展开更多

关键词 轨道动力学 开普勒轨道 非开普勒轨道

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航天器开普勒轨道和非开普勒轨道的定义、分类及控制 被引量：3

3

作者 孙承启 《空间控制技术与应用》 2009年第4期1-5,47,共6页

给出了航天器开普勒轨道(KO)和非开普勒轨道(NKO)的来源、定义、分类和特点,阐明了KO和NKO之间的关系,介绍了相关的轨道控制与轨道确定、制导与导航的涵义.

关键词 开普勒轨道 非开普勒轨道 轨道分类 轨道控制 轨道确定

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空间非开普勒轨道分析与控制中的数学问题 被引量：4

4

作者 佘志坤 刘铁钢 郑志明 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第1期54-58,共5页

目前对非开普勒轨道分析和优化控制的研究相当热门。通过此研究,可以分析并实现卫星在非开普勒轨道间的自由跃迁,以达到预期目的,如侦探、反侦探、拦截、检修等。由于空间非开普勒轨道所表现出来的行为在数学上具有(类)动力学性质,基于... 目前对非开普勒轨道分析和优化控制的研究相当热门。通过此研究,可以分析并实现卫星在非开普勒轨道间的自由跃迁,以达到预期目的,如侦探、反侦探、拦截、检修等。由于空间非开普勒轨道所表现出来的行为在数学上具有(类)动力学性质,基于我们以前所取得的研究成果,我们对其进行了普适的数学建模(也就是构造了带参数和约束条件的(类)动力系统,亦即混杂系统)。在此数学模型的基础上,我们进一步发现侦探、反侦探、参数调整、延迟控制四个问题正好对应到混杂系统研究中的四个关键数学问题:稳定性分析问题、安全性验证问题、分支问题与鲁棒式控制问题。基于这一发现,我们还提出了如何分析这些问题的初步想法。 展开更多

关键词 非开普勒轨道 混杂系统 稳定性分析 安全性验证 分支理论 鲁棒式控制

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基于对数螺旋线的非开普勒轨道设计 被引量：4

5

作者 郑莉莉 袁建平 朱战霞 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第9期2075-2081,共7页

基于形状的方法为非开普勒轨道设计提供了一种全新的研究思路。在假定轨道形状为对数螺旋线的前提下设计了拦截轨道。首先通过无量纲化处理方法推导出了对数螺旋线轨道的地心距、极角随时间的变化率与轨道设计参数q的关系式;其次结合运... 基于形状的方法为非开普勒轨道设计提供了一种全新的研究思路。在假定轨道形状为对数螺旋线的前提下设计了拦截轨道。首先通过无量纲化处理方法推导出了对数螺旋线轨道的地心距、极角随时间的变化率与轨道设计参数q的关系式;其次结合运动方程,得到了飞行器沿对数螺旋线轨道运行时需要施加的推力加速度;接着分别针对初始轨道是圆和椭圆的情况进行机动轨道设计。给出了轨道设计的仿真算例和相关分析,结果表明对数螺旋线适宜于拦截轨道设计;当初始轨道为大偏心率椭圆时,采用此方法设计轨道,在一定相角范围内开始机动,可使飞行器运行时间短,且燃料消耗少。 展开更多

关键词 非开普勒轨道 轨道设计 对数螺旋线 拦截轨道

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非开普勒轨道动力学与控制 被引量：6

6

作者 李俊峰 龚胜平 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第1期47-53,71,共8页

主要讨论非开普勒轨道与传统开普勒轨道的异同点,试图归纳非开普勒轨道面临的动力学与控制新问题。从设计的角度出发,给出了非开普勒轨道的定义。针对目前讨论较多的几种非开普勒轨道,总结了研究这些轨道将会面临的新问题和难题。最后,... 主要讨论非开普勒轨道与传统开普勒轨道的异同点,试图归纳非开普勒轨道面临的动力学与控制新问题。从设计的角度出发,给出了非开普勒轨道的定义。针对目前讨论较多的几种非开普勒轨道,总结了研究这些轨道将会面临的新问题和难题。最后,讨论了非开普勒轨道的应用。 展开更多

关键词 非开普勒轨道 太阳帆 三体问题

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对数螺旋线非开普勒轨道的可行性分析 被引量：2

7

作者 郑莉莉 袁建平 朱战霞 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第1期31-35,共5页

提出了基于形状的非开普勒轨道设计方法,并分析了对数螺旋线轨道的应用可行性。首先在假定轨道形状的前提下,通过变量代换推导出了在极坐标系下一般曲线用于轨道设计的基本方程;然后分析了对数螺旋线表达式中的关键参数与航迹角的关系,... 提出了基于形状的非开普勒轨道设计方法,并分析了对数螺旋线轨道的应用可行性。首先在假定轨道形状的前提下,通过变量代换推导出了在极坐标系下一般曲线用于轨道设计的基本方程;然后分析了对数螺旋线表达式中的关键参数与航迹角的关系,得到了相应轨道的基本性质;最后对待定参数的对数螺旋线轨道应用的可行性进行了推导和分析,结果显示采用对数螺旋线设计非开普勒轨道是可行的,但仅适用于从椭圆初始轨道实现转移的情况。 展开更多

关键词 非开普勒轨道 轨道设计 基于形状 对数螺旋线 可行性

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基于非开普勒轨道的高超声速临近空间飞行器自主天文导航研究 被引量：2

8

作者 李海林 吴德伟 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第6期874-880,共7页

针对航天器自主导航方法不适合高超声速临近空间飞行器的问题,研究了基于非开普勒轨道的高超声速临近空间飞行器自主天文导航方案.论述了基于非开普勒轨道的自主天文导航机理,通过对高超声速临近空间飞行器受力分析,建立了动力学方程;... 针对航天器自主导航方法不适合高超声速临近空间飞行器的问题,研究了基于非开普勒轨道的高超声速临近空间飞行器自主天文导航方案.论述了基于非开普勒轨道的自主天文导航机理,通过对高超声速临近空间飞行器受力分析,建立了动力学方程;利用矢量倒数法则推导出空间运动方程;设计了基于非开普勒轨道的状态模型和基于星光折射间接敏感地平的观测模型,采用卡尔曼滤波进行了仿真验证.仿真结果表明,基于非开普勒轨道的高超声速临近空间飞行器自主天文导航可达到较高的位置和速度精度. 展开更多

关键词 非开普勒轨道 高超声速临近空间飞行器 天文导航 星光折射间接敏感地平

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非开普勒轨道下卫星交会变轨决策研究 被引量：1

9

作者 张拓 高晓光 樊昊 《航天控制》 CSCD 北大核心 2012年第2期51-56,共6页

针对卫星在非开普勒轨道下的运动特征,提出了研究卫星交会变轨决策的方法。首先,在Hill坐标下,采用比例导引方法求解卫星进行变轨机动时所需要的速度增量。然后,再通过Lagrange插值算法解出卫星在任意特征点上变轨机动所需要的速度增量... 针对卫星在非开普勒轨道下的运动特征,提出了研究卫星交会变轨决策的方法。首先,在Hill坐标下,采用比例导引方法求解卫星进行变轨机动时所需要的速度增量。然后,再通过Lagrange插值算法解出卫星在任意特征点上变轨机动所需要的速度增量,根据数字仿真得出大量的仿真数据并画出满足变轨决策条件的决策曲面。最后,对决策曲面的涵义做出分析,说明了该方法对于研究非开普勒轨道下卫星变轨决策问题具有一定的意义。 展开更多

关键词 非开普勒轨道 速度增量 仿真 决策方法

原文传递

BDS开普勒轨道参数时变特性分析 被引量：1

10

作者 徐永明 刘志平 张明凯 《河南理工大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2019年第5期64-71,共8页

卫星轨道参数特性分析对卫星轨道状态评估、运行维护等具有重要参考价值。针对利用北斗广播星历进行轨道特性分析存在的不足,提出基于北斗精密轨道的开普勒轨道参数分析新思路。该思路将地固系下北斗精密坐标与速度转换至空固系并反演... 卫星轨道参数特性分析对卫星轨道状态评估、运行维护等具有重要参考价值。针对利用北斗广播星历进行轨道特性分析存在的不足,提出基于北斗精密轨道的开普勒轨道参数分析新思路。该思路将地固系下北斗精密坐标与速度转换至空固系并反演开普勒6参数,进而通过时频分析方法获取开普勒参数时变特征。应用该思路对2014-2017年北斗卫星轨道特性分析,结果表明:静止轨道卫星的偏心率、倾角、升交点赤经、近地点角距和倾斜同步轨道卫星的长半轴、平近点角均存在跳变;3类卫星的倾角、偏心率、升交点赤经和倾斜同步轨道卫星的长半轴、近地点角距、平近点角以及中圆轨道卫星的近地点角距、平近点角均有显著线性趋势;3类卫星开普勒6参数均有显著周期特性。 展开更多

关键词 北斗导航卫星系统 精密轨道 开普勒轨道参数 时间序列分析

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三体系统中引力拖车的偏置非开普勒轨道研究 被引量：2

11

作者 崔祜涛 张振江 崔平远 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第6期997-1006,共10页

为了研究太阳-小行星-引力拖车三体系统中引力拖车的轨道运动问题,采用柱坐标系下的Hill方程描述了三体系统中引力拖车的运动情况,应用平均化方法消除周期项的影响,得到平均偏置非开普勒轨道的表达式,并研究了轨道稳定性与引力拖车最大... 为了研究太阳-小行星-引力拖车三体系统中引力拖车的轨道运动问题,采用柱坐标系下的Hill方程描述了三体系统中引力拖车的运动情况,应用平均化方法消除周期项的影响,得到平均偏置非开普勒轨道的表达式,并研究了轨道稳定性与引力拖车最大有效拉力等问题。研究表明:三体系统中,在小行星飞行方向(或反方向)上存在偏置非开普勒轨道;与二体系统中的偏置轨道不同,三体系统中的一些偏置轨道是不稳定的,轨道稳定区域可以由偏置量和轨道半径描述;与悬停轨道相比,偏置轨道可以将引力拖车的推进效率提高一倍左右,从而获得更长的工作时间和更大的作用效果。 展开更多

关键词 偏置非开普勒轨道 Hill方程 三体系统 小行星 引力拖车

原文传递

连续小推力非开普勒悬浮轨道研究综述 被引量：2

12

作者 潘晓 徐明 《中国空间科学技术》 CSCD 北大核心 2021年第4期1-15,共15页

连续小推力非开普勒悬浮轨道在深空探测与地球极地观测任务中有着重要的应用前景。归纳了电推进、太阳帆推进等连续小推力技术的发展历程与现状;阐述了日心、行星悬浮轨道的动力学特性、稳定性、轨道保持策略;分析了三体问题下人工拉格... 连续小推力非开普勒悬浮轨道在深空探测与地球极地观测任务中有着重要的应用前景。归纳了电推进、太阳帆推进等连续小推力技术的发展历程与现状;阐述了日心、行星悬浮轨道的动力学特性、稳定性、轨道保持策略;分析了三体问题下人工拉格朗日点的优势及其在深空探测方面的应用;讨论了悬浮轨道编队飞行的研究方法与控制策略。最后针对小推力悬浮轨道研究发展面临的难题,提出了研究新思路和应用新方向。 展开更多

关键词 连续小推力 非开普勒悬浮轨道 太阳帆 人工拉格朗日点 悬浮编队

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模拟器基于开普勒参数的GLONASS卫星位置预测

13

作者 徐倩 宋茂忠 《计算机与数字工程》 2022年第12期2622-2624,2638,共4页

GLONASS卫星导航系统由于采用卫星状态矢量参数的电文,给模拟器卫星位置计算预测带来了复杂性。论文提出一种基于开普勒轨道根数的GLONASS卫星位置计算方法,它从GLONASS卫星状态矢量参数拟合出开普勒轨道参数,在模拟器中可以像GPS系统... GLONASS卫星导航系统由于采用卫星状态矢量参数的电文,给模拟器卫星位置计算预测带来了复杂性。论文提出一种基于开普勒轨道根数的GLONASS卫星位置计算方法,它从GLONASS卫星状态矢量参数拟合出开普勒轨道参数,在模拟器中可以像GPS系统一样计算预测卫星位置,减小了计算复杂性。文中通过与四阶Runge-Kutta数值积分法比较,验证了算法的有效性。 展开更多

关键词 开普勒轨道模型 广播星历拟合 GLONASS 卫星位置计算

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论开普勒问题的几何学

14

作者 伍锡明 《佛山师专学报》 1984年第2期66-72,63,共8页

概要 当要解决牛顿的两体问题时,对于在3维空间里所出现的任意曲线X=X(t),定义为开普勒轨道是较为便利的。汉密尔顿指出:与非退化的开普勒轨道相联结的速度向量V=dX/dt是作圆周运动的。接着Dyorgyj、Moser、Osipov和Belbruno对这个速度... 概要 当要解决牛顿的两体问题时,对于在3维空间里所出现的任意曲线X=X(t),定义为开普勒轨道是较为便利的。汉密尔顿指出:与非退化的开普勒轨道相联结的速度向量V=dX/dt是作圆周运动的。接着Dyorgyj、Moser、Osipov和Belbruno对这个速度园作如下解释:若固定全部能量E,那么由全部向量V,V·V>2E所构成的簇M_E,就有一个不变曲率为一2E的自然的黎曼度量,其测地线显然是与开普勒轨道相联结的园.换言之,M_E等价于三种经典几何学。 展开更多

关键词 开普勒轨道 速度向量 黎曼度量 椭圆轨道 测地线 任意曲线 两体问题 欧几里德 半长轴 周期轨道

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GPS卫星广播星历轨道误差的探讨 被引量：11

15

作者 余鹏 孙学金 赵世军 《测绘通报》 CSCD 北大核心 2004年第4期6-8,16,共4页

对GPS卫星播发的广播星历进行分析 ,利用获得的开普勒轨道参数和轨道摄动修正量计算卫星轨道坐标 ,并与精密星历的轨道坐标进行比较 ,探讨广播星历的轨道精度。

关键词 GPS 误差 开普勒轨道参数 轨道摄动修正量 卫星 轨道坐标

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陀螺进动与强迫进动轨道 被引量：4

16

作者 曹静 袁建平 罗建军 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第3期406-411,共6页

陀螺进动与轨道进动现象的相似性归因于二者的动力学相似性.通过类比二者的动力学模型,提出了一类强迫进动轨道.若以圆轨道为初始轨道,通过施加常值法向力可以实现一种特殊的悬浮型强迫进动轨道.采用四元数建模方法求解了这种强迫进动... 陀螺进动与轨道进动现象的相似性归因于二者的动力学相似性.通过类比二者的动力学模型,提出了一类强迫进动轨道.若以圆轨道为初始轨道,通过施加常值法向力可以实现一种特殊的悬浮型强迫进动轨道.采用四元数建模方法求解了这种强迫进动轨道的进动规律,给出了解析表达式,据此分析了这种轨道的性质.分析结果表明这种强迫进动轨道与初始圆轨道在同一球面上,且与初始位置相切.其角速度为进动角速度与初始轨道角速度的合成,是一种悬浮轨道,即属于非开普勒轨道.悬浮轨道在地球观测、行星际科学、天文观测、无线电通讯以及地球工程等领域具有潜在应用前景.从强迫进动的角度出发所作的分析为悬浮轨道的实现提供了一种新途径. 展开更多

关键词 陀螺进动 强迫进动轨道 非开普勒轨道 悬浮轨道 四元数

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航天器共振轨道研究 被引量：4

17

作者 陈记争 袁建平 朱战霞 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第1期82-86,共5页

建立航天器非开普勒运动理论是航天技术发展的必然。提出了一类非开普勒轨道——共振轨道。共振是自然界的一种普遍现象,当发生共振时,很小的输入可以使系统的状态产生较大变化。研究表明航天器在推力作用下的非开普勒运动在参数平面内... 建立航天器非开普勒运动理论是航天技术发展的必然。提出了一类非开普勒轨道——共振轨道。共振是自然界的一种普遍现象,当发生共振时,很小的输入可以使系统的状态产生较大变化。研究表明航天器在推力作用下的非开普勒运动在参数平面内可以视为一种受迫振动,也会发生共振现象。因此,可以利用共振原理来研究航天器的运动,称这样一类非开普勒轨道为共振轨道。首先通过合理地选择轨道描述参数、时间尺度和推力描述方式建立航天器共振轨道的动力学模型。然后讨论航天器在推力作用下轨道运动的振动规律,并给出共振轨道的概念及轨道方程。最后提出基于共振轨道的机动轨道设计方法。 展开更多

关键词 共振轨道 轨道机动 准推力 非开普勒轨道

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空间飞行器连续径向推力机动轨道研究 被引量：4

18

作者 周姜滨 袁建平 罗建军 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第1期67-71,共5页

在二体假设下对空间飞行器在径向推力作用下的机动轨道进行了研究。首先,在惯性坐标系中建立了空间飞行器在径向推力作用下的动力学方程,探讨了径向推力机动轨道的动量矩矢量和能量特性;然后推出了空间飞行器在径向推力作用下的逃逸条件... 在二体假设下对空间飞行器在径向推力作用下的机动轨道进行了研究。首先,在惯性坐标系中建立了空间飞行器在径向推力作用下的动力学方程,探讨了径向推力机动轨道的动量矩矢量和能量特性;然后推出了空间飞行器在径向推力作用下的逃逸条件,探讨了在圆轨道上运行的空间飞行器在连续常值径向推力作用下的三类机动轨道的特性,并给出了相应的算例及仿真计算结果;最后,研究了连续常值径向推力圆轨道,得出了空间飞行器在连续常值径向推力作用下沿圆轨道运行的条件,并与对应的等半径开普勒圆轨道和等角速度(等周期)开普勒圆轨道进行了比较。 展开更多

关键词 非开普勒轨道 机动轨道 连续常值径向推力圆轨道

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深空探测器运行轨道的基本性态 被引量：2

19

作者 刘林 侯锡云 《飞行器测控学报》 2009年第2期1-8,共8页

要成功地发射一个深空探测器进入目标轨道,相应的运行过程基本上涉及3个阶段:近地停泊轨道运行段、转移轨道的过渡段和进入目标天体的绕飞段。它们各自的运行状态和相应的数学模型有所差别,特别是转移轨道段的运行特征与绕飞段的卫星轨... 要成功地发射一个深空探测器进入目标轨道,相应的运行过程基本上涉及3个阶段:近地停泊轨道运行段、转移轨道的过渡段和进入目标天体的绕飞段。它们各自的运行状态和相应的数学模型有所差别,特别是转移轨道段的运行特征与绕飞段的卫星轨道的典型特征之间的重大差别,在深空探测任务中受到广泛的重视,如平动点利用中的晕(Halo)轨道和引力加速的节能过渡等。然而,就太阳系而言,这些不同轨道之间有一共同的基本性态,那就是都可以用在牛顿万有引力定律制约下的开普勒轨道(或变化的开普勒轨道)来刻画。本文将针对上述不同运行段轨道对应的数学模型、研究方法和结果,结合我们所做的工作进行综述。 展开更多

关键词 深空探测器 二体问题 圆型限制性三体问题 开普勒轨道 平动点 晕轨道 节能过渡

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基于遗传算法的连续推力最短时间转移轨道设计 被引量：4

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作者 高怀 朱战霞 刘剑 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第2期187-191,共5页

针对连续推力作用下的最优轨道转移问题,在推力不变的条件下,考虑时间最优,设计了最优转移轨道和推力的作用方式。首先,建立描述连续推力轨道转移的状态方程,用变分法进行求解;然后,分别基于极小值原理和bang-bang控制原理推导出用协态... 针对连续推力作用下的最优轨道转移问题,在推力不变的条件下,考虑时间最优,设计了最优转移轨道和推力的作用方式。首先,建立描述连续推力轨道转移的状态方程,用变分法进行求解;然后,分别基于极小值原理和bang-bang控制原理推导出用协态变量表示的时间最优制导律,其中基于极小值原理的最优控制避开了bang-bang控制可能出现的奇异区间。由于协态变量无法求解解析解,文章采用遗传算法对协态变量进行优化求解。最后以同平面两个圆轨道为例进行了数值仿真,结果表明两种方法得到的最短时间基本相同,但采用极小值原理的最优转移轨道更加节省燃料。 展开更多

关键词 连续推力 极小值原理 周向推力 非开普勒轨道 遗传算法 BANG-BANG控制

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