[发明专利]一种地磁蓄能低轨道空间碎片离轨投送轨姿耦合调整方法

说明书

本发明实施例公开了一种地磁蓄能低轨道空间碎片离轨投送轨姿耦合调整方法，包括如下步骤：步骤100、将整个地磁蓄能低轨道周期分解为聚能弧段和释能弧段，并在航天器的三轴上配置动量轮吸能装置；步骤200、分别确定航天器绕轨道面y轴和轨道面z轴进行蓄能累积时的聚能弧段和释能弧段；步骤300、在确定聚能弧段后，对于不同的轨道坐标系Y轴或Z轴的蓄能目标，基于地磁蓄能低轨道空间碎片离轨控制方法完成空间碎片的离轨操作；步骤400、在确定释能弧段后，通过生成的磁矩对航天器三轴的动量轮吸能装置进行卸载。

技术领域

本发明实施例涉及空间碎片离轨技术领域，具体涉及一种地磁蓄能低轨道空间碎片离轨投送轨姿耦合调整方法。

背景技术

10cm直径大小的太空垃圾就可以给航天器和宇航员带来严重威胁，哈勃望远镜、航天飞机以及国际空间站均受到过太空碎片的撞击；随着人类太空活动的日益活跃和Kessler效应太空垃圾造成威胁的几率快速增加，(Kessler效应：由于太空碎片的撞击，导致更多太空碎片的产生)。

Kessler效应进一步加重太空碎片的威胁，如2009年，俄罗斯废弃的Comos卫星和美国的Iridum卫星相撞，产生2000多个太空碎片，如果不能主动的有效清除现有空间碎片，空间碎片仍会持续大幅增加，这将严重影响人类的太空开发进程。

目前在轨的近20000余个大于10cm的空间碎片，有近70％分布在500km～1000km不同倾角的近地轨道上，这些碎片如仅靠自身的大气阻力衰减轨道高度，在数十年内都无法进入地球大气层，相比于地球同步轨道(36000km，轨道唯一，资源稀缺)低轨空间碎片分布散、数量多兼具高威胁和低价值特点，尽管可以主动清除，但清除低轨道太空碎片的效率性和经济性问题却难以解决。

空间碎片处理的较优方式是通过人为改变其运行的轨道高度，并将其轨道的近地点高度降低至200km以下，使得碎片受地球大气阻力的影响迅速减小轨道半长轴并坠入大气层烧毁。

目前提出的各种方法中，使用化学/电推力的主动拖拽离轨方法最为成熟，但耗费极高；在碎片上安装气囊阻力帆/涂抹泡沫等增加面质比的被动降轨方式，虽然省去了离轨推进工质消耗，但需要消耗安装材料，且碎片降轨所需的时间也数以年计，这无疑极大增加了二次碰撞的概率。

此外，各国均积极的发展无工质消耗型碎片清理方法，有的方法虽然设想很好，但难以实现，比如使用地面/天基高能激光清理碎片，其基本原理是通过高能激光灼烧，使灼烧产物急剧膨胀离开碎片，碎片获得反冲量而降轨，这种方法虽有理论实现的可能性，但如何产生预期的反冲量，如何有效灼烧而非破坏产生新的碎片群等问题均难以解决，因此目前只能用于清除10cm以下的微物体。

在无工质消耗型变轨和离轨方法中，电动绳系是目前认为可行性和可实现性最高的一种方式，电动绳系通过收集空间的带电粒子，在低轨空间的地球磁场中通过通电绳所受到的安培力进行轨道调整，仅有电力消耗，没有工质消耗，不论是电动绳系效能依赖于绳系尺度，数千米至数十千米的巨大尺度使得绳系系统在空间稳定运行的可靠性问题非常突出。

尽管有多个理论研究和空间试验表明绳系系统具有相当的安全系数，但是也有惨痛经历，美国的SED-2(1994年发射，绳系展开19.7km)绳系展开仅4天便被空间碎片/微流星切断，说明绳系的空间安全问题尚待解决，对此，采用地磁蓄能低轨道空间碎片离轨的方法解决，但是当使用地磁蓄能进行空间碎片离开轨时，不可避免的会引入其他方向的磁力矩，当附加磁力矩累积过大时，则需要进行专门卸载，使得蓄能-释能动作持续性被打断。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种地磁蓄能低轨道空间碎片离轨投送轨姿耦合调整方法，以解决现有技术中当附加磁力矩累积过大时，则需要进行专门卸载，使得蓄能-释能动作持续性被打断的问题。

为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：

一种地磁蓄能低轨道空间碎片离轨投送轨姿耦合调整方法，包括如下步骤：