基于电推进的GEO卫星耦合位置保持问题研究

Geostationary satellite plays a significant role in the fields of communication, guidance, early-warning, remote sensing and so on. Station keeping mission can restrain the drift caused by high-orbit perturbations effectively and increase the on-orbit stability. Mean orbital elments should be accurate enough to reduce the errors caused by high-orbit perturbations in the mission. Meanwhile, the coupled control for longitude and latitude is necessary to shorten the control period and improve the precision of staion keeping. The purpose of this project is to research on coupled station keeping strategy for geostationary satellite with electric propulsion system. Four parts are mentioned in the research: modeling and analysis of translational dynamics considering major perturbations; high-precision estimation method for mean orbital elements; distribution optimization for electric thruster; coupled station keeping method for longitude and latitude. The research will reveal influence mechanism of major perturbations on the station-keeping index. Moreover, precise mean-orbit-element estimation and station-keeping will be realized, which provide theory foundation and technology support for the future on-orbit servicing in our country.

静止轨道(GEO)卫星在通信、导航、预警、遥感等领域发挥着重要的作用。位置保持能有效抑制高轨摄动因素引起的漂移现象，提升GEO卫星的在轨运行稳定性。在执行该类空间任务时，要求轨道要素足够精确以避免高轨摄动引起的误差累积，同时要求东西/南北耦合控制以缩短控制周期，提升位置保持精度。本项目针对基于电推进系统的GEO卫星的耦合位置保持问题进行研究，包括以下四个方面：考虑静止轨道摄动的轨道动力学建模与分析、高精度平均轨道要素确定方法、电推力器布局优化方案、东西/南北耦合的位置保持方案。研究结果可以明晰GEO摄动对位置保持性能指标的影响情况，实现精确的平均轨道要素确定及耦合位置保持，为我国未来的GEO卫星在轨服务提供理论基础和技术支持。

静止轨道（GEO）航天器在通信、导航、预警、遥感等军用和民用领域发挥着重要的作用，经济价值非常之高。采用电推进系统进行位置保持是保证卫星正常功能、降低卫星燃料消耗的重要途径。本项目围绕GEO电推进卫星在复杂摄动下的动力学特性和东西、南北耦合位置保持理论展开系列研究，主要涵盖高精度GEO平均轨道要素确定方法、电推力器布局和开关序列优化方法、整星东西南北耦合位置保持策略、整星位置保持地面联合仿真等四项研究内容。研究成果揭示了复杂摄动作用下GEO卫星的运动特性，给出了高精度平均轨道要素的预报和外推方法，阐释了燃料最省、位保精度最高条件下的推力器布局和开关序列优化设计理念，提出了整星东西南北方向耦合的高精度和高效能位置保持方法。相关研究成果可为我国GEO全电推卫星通用平台的研发以及高精度位置保持技术的提升提供理论支撑。.在本基金的资助下，研究工作按计划完成并取得了系列成果。在科研创新方面，累计在航空航天领域国际著名期刊上发表SCI论文6篇，在国际高水平学术会议上发表论文7篇，获得授权国家发明专利6项、受理国家发明专利3项；在人才培养和国际交流方面，组织SCI期刊专题1次，支持研究生参与国际学术竞赛并获奖1项，邀请外国专家来华进行学术讲座1人次，支持博士生参与联合培养2人次，支持研究生参与国际学术会议并作口头报告7人次，支持项目负责人获批国家杰出青年科学基金，培养博士后1名、博士研究生6名、硕士研究生4名。