大型环柱天线卫星分布式轨道保持策略
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哈尔滨工业大学

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国家自然科学基金项目;北京市科协青年人才托举工程项目


Distributed orbit keeping strategy for large ring-column antenna satellites
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The National Natural Science Foundation of China; The Young Elite Scientists Sponsorship Program by BAST

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    摘要:

    百米级大型环柱天线卫星是地球静止轨道上的重要空间设施,主要用于提供高速数据传输和稳定的通信服务,因此卫星必须具备高度精确和稳定的轨道保持能力。考虑到其更大的质量和独特的结构设计带来的尺寸效应,此类卫星的轨道保持策略变得更加复杂。本文提出了一种基于梯度下降算法的分布式推力器布局优化方案。在优化后的推力器布局基础上,考虑长期运行过程中复杂空间环境影响,结合高精度轨道预报算法,建立了基于序列二次规划的电推力器自主轨道保持策略。仿真试验表明,化学推进方案在运行15年内消耗约3.5吨燃料,远远超过电推力方案,考虑到工程适应性和卫星载荷能力,因此化学推进方案不适用于此类卫星的轨道保持。此外,通过对分布式推力器布局进行优化,电推力的消耗得到了进一步降低。综上,基于优化分布式推力器布局的电推力轨道保持策略在卫星长期运行过程中轨道要素变化满足控制死区约束,同时控制时刻分布均匀且计算成本低,为大型环柱天线卫星在复杂空间环境中轨道精准保持提供了一种有效的解决途径。

    Abstract:

    The large-scale ring-column antenna satellite, with the diameter reaching 100 meters, serves as a critical infrastructure in geostationary orbit, primarily provide high-speed data transmission and stable communication services, which requires highly precise and stable orbit maintenance. Given the satellite"s substantial mass and specialized structural design, resulting in significant scale effects, orbit keeping strategies for such satellites become more complex. This paper proposes an optimized layout for distributed thrusters based on the gradient descent algorithm. On the basis of optimized thruster layout, considering the complex effects of long-term space environmental factors, the paper establishes an autonomous electric propulsion orbit-keeping strategy that combines the high-precision orbit prediction algorithm. Numerical results show that the chemical propulsion system consumes approximately 3.5 tons of fuel over 15 years, significantly more than the electric propulsion system. Considering the engine

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  • 收稿日期:2024-11-27
  • 最后修改日期:2025-03-10
  • 录用日期:2025-03-11
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