[发明专利]卫星离轨系统

说明书

本发明涉及一种卫星（100）的稳定和离轨装置，其特征在于所述装置包括一对共面的桅杆（10、11），每个所述桅杆承载形成大气制动网的至少一个膜，所述桅杆沿非平行轴线固定在所述卫星上，并且每个所述桅杆在其固定于所述卫星一端的相对端上设置有用于产生重力梯度的一个质量块（m），其中所述桅杆与所述桅杆之间的二等分线形成一个固定角度，所述固定角度适于将所述二等分线与任何轨道高度处的卫星速度矢量对齐。

技术领域

本发明属于使卫星离轨的大气制动结构领域，并为此目的提供了一种系统。

在卫星领域存在越来越多的良好的实践规定或规则，要求运营者将他们的卫星在运行寿命结束、计划或意外终止寿命后从轨道清除。

本发明更具体地涉及位于低于2000km的所谓的近地轨道卫星，因此在寿命结束后，必须使卫星离轨或送入高于2000km的所谓的“墓地”轨道。而且该操作必须在25年内执行。

背景技术

目前，所有卫星都必须携带大质量的星上专用离轨系统、或者在使用携带的肼燃料中的一部分(约30％)将卫星移动到离轨位置，才能能够满足上述这一要求。

在各种可行的离轨操作解决方案中，提出了大气制动帆，即使用存在于近地轨道的剩余大气作为空气动力制动器来对物体制动以使其减速，从而最终降低其轨道高度。

这种解决方案专门用于使卫星离轨的操作。

这些面使用超轻型结构或航空航天工业中众所周知的蛛网结构或“游丝”结构。

在例如专利文献FR2897842A1和FR2897843A1中对大气制动原理进行了描述，其中文献FR2897842A1涉及以大气制动结构方式离轨的原理并描述了包括分别承载了组成大气制动帆的一对板的两个桅杆，文献FR2897843A1描述了用于生产这种帆的技术方案。上述两个文献强调了大气制动结构的效能与卫星的稳定性之间的关系，并提出了即使卫星不稳定仍能保持有效大气制动的解决方案，这种解决方案有时会导致大气制动结构过大，因此导致卫星的质量增加。

这一问题的产生是因为离轨帆展开后，出于经济原因和技术原因，不再能够保持卫星在整个离轨持续期间是活跃的。经济原因即控制一个没有执行功能的卫星长达25年在经济上不切实可行。技术原因即在寿命结束时，卫星上不再有任何可用的推进或控制能量。

相反，规定是“钝化”已经完成任务的卫星，即消除易于突然反应的任何能量源，特别是耗尽电池并排空推进剂箱、停止惯性轮等；这是为了限制在发生爆炸的情况下在轨道上产生碎片的风险。

最后，卫星的姿态不再受轨道控制系统(AOCS)的控制，且没有任何东西可以防止卫星自身旋转。

然而，在离轨阶段卫星的姿态是至关重要的，因为姿态影响了空气动力制动面积。

在离轨帆领域，考虑两种方法：

-各向同性方法。无论卫星的姿态如何，展开的面具有完全相同的空气动力面积，例如：如图1所示球体1的展开面积，或者在对卫星姿态进行Monte-Carlo分析之后考虑平均空气动力面积。

-考虑到通过被动方式利用空气动力、重力或其他方式稳定的优选姿态的方法。例如，可以通过被动方式利用质心和制动力施加中心的相对位置(质心和制动中心与速度矢量对齐)来稳定卫星，如图2所示的卫星101的情况，其中一个盘形帆2在卫星101上展开。

使用第一种方法时，有效空气动力面积与展开面积的比例不是最优的，因为为了获得足够的制动面积，通常需要以三维形式(因此更复杂)展开更大的面积，例如，诸如在FR2897842A1所示的球形或复杂形状。

使用第二种方法时，仅通过将空气动力定位在质心的后部并与速度矢量对齐，很难稳定在高轨道处的最优位置。事实上，随着离地球距离的增加，剩余压力降低，且与干扰力(重力梯度、光压、磁转矩、帆的变形、卫星旋转)相比，空气动力变得很小。