[发明专利]一种太阳同步轨道卫星超寿运行轨控策略确定方法

说明书

本发明公开了一种太阳同步轨道卫星超寿运行轨控策略确定方法，属于卫星总体轨道控制技术领域，解决了现有技术只考虑单因素可能导致剩余燃料不够用于离轨，或离轨高度过低，无法获取有用图像的问题，技术方案包括：确定目标降交点地方时；确定离轨时的轨道高度；计算当前轨高降至离轨高度所需离轨燃料；扣除所述离轨燃料后，计算可用于变倾角的燃料、倾角改变量及可达到的降交点地方时；判断变倾角燃料及可达到的降交点地方时的值是否符合要求。本发明综合考虑能源、姿轨控、成像及离轨因素，选择合适的轨控策略，获得期望的降交点地方时范围，使燃料消耗量分配合理，使卫星发电能力、姿轨控敏感器视场、成像降交点地方时等得以改善。

技术领域

本发明涉及一种太阳同步轨道卫星超寿运行轨控策略确定方法，属于卫星总体轨道控制技术领域。

背景技术

太阳同步轨道卫星的降交点地方时是轨道的重要考核指标，影响降交点地方时的两个因素是①太阳引力摄动引起轨道倾角变化，②大气阻力引起升交点赤经变化，前者影响占主要因素。卫星入轨时进行了轨道倾角偏置，以保证卫星考核寿命N年内降交点地方时漂移范围在以内。若在轨期间受太阳引力摄动影响，轨道倾角降低，出现当前降交点地方时的情况。同时降交点地方时降低，会出现太阳电池阵发电功率降低，地面成像的光照条件变暗，太阳入射太阳敏感器的角度超出其视场要求等现象。以运行于645Km太阳同步轨道的可见光遥感卫星为例，设计寿命8年，在超寿命运行到第9年时，降交点地方时已漂出规定的[10:00，11:00]范围，卫星在轨运行降交点地方时超下限如图2所示，降交点地方时降至9:58，引起能源系统方阵电流较高值时下降9A，发电功率降低275W，降低了20%。轨道倾角控制是解决抬高轨道倾角和使降交点地方时回漂至的有效方案。改变轨道倾角需要消耗巨大的燃料。以重量为1000kg的低轨卫星为例，变轨改变倾角0.1°，需要消耗至少10kg燃料，因此变倾角的轨控策略必须使燃料最大化利用，且倾角控制回漂到相同的降交点地方时顶点，越早轨控，所需的燃料越少。应在降交点地方时刚超出的初期，越早实施轨道倾角控制越好。

现有变倾角技术存在的不足是：只考虑降交点地方时一个因素，确定倾角调整量的过程没有考虑离轨、遥感器最低成像轨道高度等因素。杨永安等在《控制与决策》2008年6月第23卷第6期发表的《太阳同步卫星降交点地方时漂移控制策略的研究》文中，提出通过轨道偏置设计、轨道高度和轨道倾角保持控制等方法，将降交点地方时漂移限制在允许的范围内。该方法假设卫星倾角偏置量，仅考虑降交点地方时允差，没有考虑其他因素。张国云等在《上海航天》第31卷2014年第2期发表的《近圆太阳同步卫星轨道倾角偏差的影响和调整》文中，分析了降交点地方时漂移的影响，未考虑离轨、成像最低轨道高度等因素。可能导致剩余燃料不够用于离轨，或留有燃料离轨，而离轨高度过低，导致成像行采样漏缝，无法获取有用图像。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，公开了一种太阳同步轨道卫星超寿运行轨控策略确定方法，综合考虑能源、姿轨控、成像及离轨因素，选择合适的轨道倾角控制量，获得期望的降交点地方时范围，使燃料消耗量尽可能少。变倾角轨控兼有改善轨道阳光入射角及抬高降交点地方时的作用，使太阳电池阵的发电输出功率增大，遥感器成像的光照条件亦得以改善。

本发明的技术方案是：

本发明公开了一种太阳同步轨道卫星超寿运行轨控策略确定方法，步骤如下：

S1：确定目标降交点地方时T；

S2：确定离轨高度H；

S3：计算当前轨高降至所述离轨高度H所需离轨燃料W1；

S4：根据现有燃料W和离轨燃料W1，计算可用于变倾角的消耗燃料W2；若消耗燃料W2大于0，计算消耗燃料W2可达到的倾角增量Δi₂，绘制降交点地方时曲线，得到降交点地方时T2，进入步骤S5，否则，进入步骤S6；