空间太阳能电站的长期轨道动力学分析

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• 论文作者：文生辉 ; 杨新茗 ; 邬树楠 ; 吴志刚
• 年：2016
• 作者机构：大连理工大学航空航天学院;大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室;
• 论文关键词：空间太阳能电站 ; 轨道动力学 ; Milankovitch矢量 ; 平均法 ; 摄动
• 会议召开时间：2016-05-06
• 会议录名称：第十届动力学与控制学术会议摘要集
• 语种：中文
• 分类号：V412.4
• 学会代码：AGLU
• 会议名称：第十届动力学与控制学术会议
• 会议地点：中国四川成都
• 主办单位：中国力学学会动力学与控制专业委员会
• 学会名称：中国力学学会
• 页数：2
• 文件大小：786k
• 原文格式：D
• 会议级别：全国

摘要

空间太阳能电站是一种绕地球运行的超大型航天器,在太空中收集太阳能并传输到地面转换成电能供用户使用。作为一种潜在的可再生能源系统,空间太阳能电站在近些年得到了美国与日本等研究机构的广泛地关注,而我国也将其作为今后的一项重要太空计划,以确保能源供给的独立和安全。空间太阳能电站具有超大面积质量比的特点,且其在轨运行时间要达到30年以上。这使得它在轨运行的情况极其复杂、会受到多种摄动的长期影响。目前,对航天器轨道的分析和预报主要是对基于非平均法建立的轨道动力学模型直接进行数值积分,而这会导致计算不准确、占用计算机资源多、极度依赖精准星历、计算耗时长的问题。因此,对于需要长期在轨工作的空间太阳能电站而言,这种方法建立的动力学模型是不适用的。针对上述问题,本文提出一种适用于空间太阳能电站的长期轨道动力学模型。以运行在地球静止轨道的Abacus式空间太阳能电站为对象,首先建立其轨道摄动模型,包括地球非球形引力摄动、日月引力摄动以及太阳光压摄动。然后,为避免轨道倾角与偏心率为0时的奇异问题,重新采用Milankovitch矢量建立空间太阳电站的轨道动力学模型。分析轨道摄动中的周期项与非周期项,采用平均法对摄动中的周期项进行平均化处理,进一步建立基于Milankovitch矢量的空间太阳能电站长期轨道运动方程,并分析该新模型中轨道根数的长期变化情况。最后,通过与传统的非平均法建立的轨道方程进行数值积分对比,以验证所提出模型的优势。初步研究结果表明:在摄动力相对中心引力较小的条件下,平均法主要考虑其中长周期项的扰动,同时消除短周期项的影响,可以有效提高长期轨道预报与分析的效率。

引文