轨道控制.docx
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1、轨道控制航天器轨道控制杨嘉墀孙承启对航天器施加控制力,改变其质心运动轨道的技术和方法。它包括轨道机动和轨道修正。无摄动力或控制力的航天器的质心运动服从开普勒定律。但是当航天器遭到外部摄动力作用后偏离预定的运行轨道或者需要改变到另一个轨道飞行时,必须通过控制来改变航天器质心运动的速度向量。实现航天器轨道控制的一整套装置或系统称为航天器轨道控制系统。基本原理航天器的轨道控制包括三种功能:导航、制导和控制。导航就是通过对导航设备所测得的数据的处理,获得航天器相对于某个参考坐标系的实时运动参数(位置向量和速度向量),也称实时轨道确定。广义上的导航也包括实时姿态确定。制导就是根据航天器实时的运动参数、标
2、准轨道或最终目的和约束条件,确定到达目的轨道或最终目的的机动程序,发出制导指令。控制就是根据制导指令对航天器施加适当的控制力和控制力矩,改变航天器的飞行速度和飞行方向并稳定其姿态,使它沿着知足飞行任务要求的目的轨道飞行。航天器的轨道一般由主动飞行段和自由飞行段(也称被动飞行段)组成。主动飞行段是航天器轨道控制发动机(又称变轨发动机)点火段,发动机熄火后是自由飞行段。自由飞行段的轨道由主动飞行段结束时航天器的位置和速度向量、引力场和其他外部环境摄动力向量决定。导航分为非自主和自主两大类。依靠于地面设备(测距、测向、测速等无线电和光学设备以及地面计算机等)的支持获得航天器轨道运动参数的方法称为非自
3、主导航。不依靠于地面设备的支持,完全由安装在航天器内部的设备(测量相对于自然或人造天体的方向或距离的仪器和航天器载计算机等)实时获得航天器轨道运动参数的方法称为自主导航。航天器自主导航有惯性导航、天文导航和利用导航卫星星座导航等方法。自主导航需要相对于基准坐标系的准确姿态信息。用于改变航天器质心运动速度向量的控制力有反作用推力和自然环境力(如行星引力、气动力、太阳辐射压力和地磁力)等。航天器的轨道控制常使用喷气发动机和小推力电推进器。由于产生反作用推力的轨道控制发动机(常称变轨发动机,如地球静止卫星上的远地点发动机和位置保持发动机,返回型侦察卫星上的制动火箭等)一般是沿航天器本体轴方向固定安装
4、的,因而,改变和稳定航天器轨道控制力的方向需要调整和稳定航天器的姿态(见航天器姿态控制)。例如,地球静止轨道通信卫星在远地点发动机点火前必须进行姿态控制,使发动机沿预定的方向点火。在发动机点火期间,航天器姿态控制系统要克制发动机推力偏心产生的干扰力矩(比自然环境力矩大),保持正确的姿态,这能够采用自旋稳定或三轴稳定。半弹道式载人飞船返回地球时再入段的制导,则是通过控制滚动姿态来改变升力的方向,以到达调整再入弹道的目的(见航天器返回技术)。轨道机动将航天器由一个轨道变到另一个要求的轨道上所进行的控制。它是一种有意偏离现有轨道的操作。机动前后的两个轨道能够在同一平面内,可以以在不同平面内。例如,反
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