[发明专利]一种基于电动力绳系的卫星离轨装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种卫星离轨装置及方法。

背景技术

到2002年为止，太空碎片和废弃的飞行器有二百万千克，近期的研究表明，如果不采取措施，太空碎片将以每年5％的速度增加，特别是轨道高度在500km到2000km之间的低地球轨道的碎片在相当长的时间内是逐年增加的，正常工作的飞行器与太空碎片碰撞的可能性正逐年增加，这使人类的天空活动面临巨大的风险。这不仅仅是由于碎片和运行卫星的碰撞，还由于碰撞后产生的新碎片，导致碎片的数目成几何级数增加。这对未来发射的卫星，特别是组成星座的卫星来说是个更大的问题。2009年2月10日，俄罗斯的废弃卫星“宇宙2251”和美国的“铱星33”发生太空碰撞事故，这是历史上首次卫星相撞事故，说明对于已经完成使命的卫星实施离轨、减少其滞空时间非常必要。

离轨是指当运载末级和空间飞行器任务完成后，将其从原来的轨道上移开，减少滞空时间。目前卫星经常使用的离轨方式主要有两种：一种是采用推进离轨技术，对于采用推进方式进行离轨的卫星来说，其推进系统质量的相当一部分是用于在卫星寿命末期离轨的，对于一个在700～1400km高度的近地轨道卫  星，这部分质量占卫星质量的10％甚至更多，成本高昂。另外一种离轨方式是利用大气阻力离轨，这种方式成本低，但是靠大气阻力进行轨道衰减时间漫长，废弃卫星可能在近地空间漂荡几十年才最终坠入地球或者烧毁，效率比较低下。

发明内容

本发明是为了解决现有的推进剂离轨方法的离轨成本高、而大气阻力离轨方法的离轨效率低的问题，从而提供一种基于电动力绳系的卫星离轨装置及方法。

一种基于电动力绳系的卫星离轨装置，它由绳索、绳索释放及回收装置、控制模块和电子收集发射器组成，所述绳索由绝缘绳段和导电绳段组成；所述控制模块的控制信号输出端与绳索释放及回收装置的控制信号输入端连接，绳索的绝缘绳段的末端固定在绳索释放及回收装置上，绳索的导电绳段的末端与电子收集发射器连接。

基于上述装置的一种基于电动力绳系的卫星离轨方法，它由以下步骤实现：

步骤一、绳索释放及回收装置释放绳索；

步骤二、根据卫星初始轨道六要素，确定当前时刻卫星所在位置的经度、纬度和高度，获得当前位置的磁场强度B；

步骤三、根据公式：

FE=-B2L2v0cosαR]]>

获得绳索产生的洛仑兹力；式中R为绳索总电阻；L是绳索长度，v₀是卫星的运行速度，α是绳索与当前位置的铅垂线的夹角；所述绳索与当前位置的铅垂线的夹角α由公式：

α=arcsin[B2Lv06RΓ(mB+mT4)]]]>

获得，式中m_B为末端质量、m_T为绳索的质量，Γ为梯度场的场强；

所述梯度场的场强Γ由公式：