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开普勒轨道航天器凸表面外热流通用计算方法研究
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作者 易桦 黄兴 周宇鹏 《航天器工程》 CSCD 北大核心 2024年第5期59-64,共6页
空间外热流对航天器热设计有重要影响,因此必须开展外热流分析,以确定热设计方案和热分析极端工况。使用开普勒轨道航天器凸表面外热流通用计算方法,将其应用于常用的平面、圆柱面、圆锥面和球面,采用解析法或数值积分法计算太阳直射热... 空间外热流对航天器热设计有重要影响,因此必须开展外热流分析,以确定热设计方案和热分析极端工况。使用开普勒轨道航天器凸表面外热流通用计算方法,将其应用于常用的平面、圆柱面、圆锥面和球面,采用解析法或数值积分法计算太阳直射热流,采用数值积分或随机法求解行星红外和行星反照热流,能有效简化计算过程。根据此方法分析了上述常用凸表面在常用姿态(+Z对地,-Z对日,偏航和复杂机动)的瞬态外热流结果。此外,以复杂机动姿态下的瞬态外热流分析为例,将基于此方法的圆柱面、圆锥面和球面的瞬态外热流分析结果与热分析软件计算结果进行了对比,对比结果表明计算结果相差不超过6 W/m^(2),相对误差不超过5%,充分说明了此方法的准确性。 展开更多
关键词 开普勒轨道 外热流 解析法 数值积分法 随机法
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关于非开普勒轨道的讨论 被引量:8
2
作者 王萍 袁建平 范剑峰 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第1期37-41,66,共6页
讨论了非开普勒轨道问题的形成、提出及其应用。首先引述了开普勒三大定律,说明了其作为天文观测结果的创造性概括能够描述行星的运动学原理;然后提出了非开普勒轨道问题,它是人造卫星可控性的必然结果。叙述了典型的非开普勒轨道问题,... 讨论了非开普勒轨道问题的形成、提出及其应用。首先引述了开普勒三大定律,说明了其作为天文观测结果的创造性概括能够描述行星的运动学原理;然后提出了非开普勒轨道问题,它是人造卫星可控性的必然结果。叙述了典型的非开普勒轨道问题,包括航天器在单心引力场中的运动(即二体问题)和多心引力场中的运动(即多体问题),作为特例研究了螺旋变轨爬升轨道和悬挂轨道。最后提出了非开普勒轨道的应用,包括动能拦截问题,多星编队、组网与重构问题,系统整体组合优化机动问题等。 展开更多
关键词 轨道动力学 开普勒轨道 开普勒轨道
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航天器开普勒轨道和非开普勒轨道的定义、分类及控制 被引量:3
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作者 孙承启 《空间控制技术与应用》 2009年第4期1-5,47,共6页
给出了航天器开普勒轨道(KO)和非开普勒轨道(NKO)的来源、定义、分类和特点,阐明了KO和NKO之间的关系,介绍了相关的轨道控制与轨道确定、制导与导航的涵义.
关键词 开普勒轨道 开普勒轨道 轨道分类 轨道控制 轨道确定
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空间非开普勒轨道分析与控制中的数学问题 被引量:4
4
作者 佘志坤 刘铁钢 郑志明 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第1期54-58,共5页
目前对非开普勒轨道分析和优化控制的研究相当热门。通过此研究,可以分析并实现卫星在非开普勒轨道间的自由跃迁,以达到预期目的,如侦探、反侦探、拦截、检修等。由于空间非开普勒轨道所表现出来的行为在数学上具有(类)动力学性质,基于... 目前对非开普勒轨道分析和优化控制的研究相当热门。通过此研究,可以分析并实现卫星在非开普勒轨道间的自由跃迁,以达到预期目的,如侦探、反侦探、拦截、检修等。由于空间非开普勒轨道所表现出来的行为在数学上具有(类)动力学性质,基于我们以前所取得的研究成果,我们对其进行了普适的数学建模(也就是构造了带参数和约束条件的(类)动力系统,亦即混杂系统)。在此数学模型的基础上,我们进一步发现侦探、反侦探、参数调整、延迟控制四个问题正好对应到混杂系统研究中的四个关键数学问题:稳定性分析问题、安全性验证问题、分支问题与鲁棒式控制问题。基于这一发现,我们还提出了如何分析这些问题的初步想法。 展开更多
关键词 开普勒轨道 混杂系统 稳定性分析 安全性验证 分支理论 鲁棒式控制
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基于对数螺旋线的非开普勒轨道设计 被引量:4
5
作者 郑莉莉 袁建平 朱战霞 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第9期2075-2081,共7页
基于形状的方法为非开普勒轨道设计提供了一种全新的研究思路。在假定轨道形状为对数螺旋线的前提下设计了拦截轨道。首先通过无量纲化处理方法推导出了对数螺旋线轨道的地心距、极角随时间的变化率与轨道设计参数q的关系式;其次结合运... 基于形状的方法为非开普勒轨道设计提供了一种全新的研究思路。在假定轨道形状为对数螺旋线的前提下设计了拦截轨道。首先通过无量纲化处理方法推导出了对数螺旋线轨道的地心距、极角随时间的变化率与轨道设计参数q的关系式;其次结合运动方程,得到了飞行器沿对数螺旋线轨道运行时需要施加的推力加速度;接着分别针对初始轨道是圆和椭圆的情况进行机动轨道设计。给出了轨道设计的仿真算例和相关分析,结果表明对数螺旋线适宜于拦截轨道设计;当初始轨道为大偏心率椭圆时,采用此方法设计轨道,在一定相角范围内开始机动,可使飞行器运行时间短,且燃料消耗少。 展开更多
关键词 开普勒轨道 轨道设计 对数螺旋线 拦截轨道
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非开普勒轨道动力学与控制 被引量:6
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作者 李俊峰 龚胜平 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第1期47-53,71,共8页
主要讨论非开普勒轨道与传统开普勒轨道的异同点,试图归纳非开普勒轨道面临的动力学与控制新问题。从设计的角度出发,给出了非开普勒轨道的定义。针对目前讨论较多的几种非开普勒轨道,总结了研究这些轨道将会面临的新问题和难题。最后,... 主要讨论非开普勒轨道与传统开普勒轨道的异同点,试图归纳非开普勒轨道面临的动力学与控制新问题。从设计的角度出发,给出了非开普勒轨道的定义。针对目前讨论较多的几种非开普勒轨道,总结了研究这些轨道将会面临的新问题和难题。最后,讨论了非开普勒轨道的应用。 展开更多
关键词 开普勒轨道 太阳帆 三体问题
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对数螺旋线非开普勒轨道的可行性分析 被引量:2
7
作者 郑莉莉 袁建平 朱战霞 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第1期31-35,共5页
提出了基于形状的非开普勒轨道设计方法,并分析了对数螺旋线轨道的应用可行性。首先在假定轨道形状的前提下,通过变量代换推导出了在极坐标系下一般曲线用于轨道设计的基本方程;然后分析了对数螺旋线表达式中的关键参数与航迹角的关系,... 提出了基于形状的非开普勒轨道设计方法,并分析了对数螺旋线轨道的应用可行性。首先在假定轨道形状的前提下,通过变量代换推导出了在极坐标系下一般曲线用于轨道设计的基本方程;然后分析了对数螺旋线表达式中的关键参数与航迹角的关系,得到了相应轨道的基本性质;最后对待定参数的对数螺旋线轨道应用的可行性进行了推导和分析,结果显示采用对数螺旋线设计非开普勒轨道是可行的,但仅适用于从椭圆初始轨道实现转移的情况。 展开更多
关键词 开普勒轨道 轨道设计 基于形状 对数螺旋线 可行性
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基于非开普勒轨道的高超声速临近空间飞行器自主天文导航研究 被引量:2
8
作者 李海林 吴德伟 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第6期874-880,共7页
针对航天器自主导航方法不适合高超声速临近空间飞行器的问题,研究了基于非开普勒轨道的高超声速临近空间飞行器自主天文导航方案.论述了基于非开普勒轨道的自主天文导航机理,通过对高超声速临近空间飞行器受力分析,建立了动力学方程;... 针对航天器自主导航方法不适合高超声速临近空间飞行器的问题,研究了基于非开普勒轨道的高超声速临近空间飞行器自主天文导航方案.论述了基于非开普勒轨道的自主天文导航机理,通过对高超声速临近空间飞行器受力分析,建立了动力学方程;利用矢量倒数法则推导出空间运动方程;设计了基于非开普勒轨道的状态模型和基于星光折射间接敏感地平的观测模型,采用卡尔曼滤波进行了仿真验证.仿真结果表明,基于非开普勒轨道的高超声速临近空间飞行器自主天文导航可达到较高的位置和速度精度. 展开更多
关键词 开普勒轨道 高超声速临近空间飞行器 天文导航 星光折射间接敏感地平
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非开普勒轨道下卫星交会变轨决策研究 被引量:1
9
作者 张拓 高晓光 樊昊 《航天控制》 CSCD 北大核心 2012年第2期51-56,共6页
针对卫星在非开普勒轨道下的运动特征,提出了研究卫星交会变轨决策的方法。首先,在Hill坐标下,采用比例导引方法求解卫星进行变轨机动时所需要的速度增量。然后,再通过Lagrange插值算法解出卫星在任意特征点上变轨机动所需要的速度增量... 针对卫星在非开普勒轨道下的运动特征,提出了研究卫星交会变轨决策的方法。首先,在Hill坐标下,采用比例导引方法求解卫星进行变轨机动时所需要的速度增量。然后,再通过Lagrange插值算法解出卫星在任意特征点上变轨机动所需要的速度增量,根据数字仿真得出大量的仿真数据并画出满足变轨决策条件的决策曲面。最后,对决策曲面的涵义做出分析,说明了该方法对于研究非开普勒轨道下卫星变轨决策问题具有一定的意义。 展开更多
关键词 开普勒轨道 速度增量 仿真 决策方法
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BDS开普勒轨道参数时变特性分析 被引量:1
10
作者 徐永明 刘志平 张明凯 《河南理工大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2019年第5期64-71,共8页
卫星轨道参数特性分析对卫星轨道状态评估、运行维护等具有重要参考价值。针对利用北斗广播星历进行轨道特性分析存在的不足,提出基于北斗精密轨道的开普勒轨道参数分析新思路。该思路将地固系下北斗精密坐标与速度转换至空固系并反演... 卫星轨道参数特性分析对卫星轨道状态评估、运行维护等具有重要参考价值。针对利用北斗广播星历进行轨道特性分析存在的不足,提出基于北斗精密轨道的开普勒轨道参数分析新思路。该思路将地固系下北斗精密坐标与速度转换至空固系并反演开普勒6参数,进而通过时频分析方法获取开普勒参数时变特征。应用该思路对2014-2017年北斗卫星轨道特性分析,结果表明:静止轨道卫星的偏心率、倾角、升交点赤经、近地点角距和倾斜同步轨道卫星的长半轴、平近点角均存在跳变;3类卫星的倾角、偏心率、升交点赤经和倾斜同步轨道卫星的长半轴、近地点角距、平近点角以及中圆轨道卫星的近地点角距、平近点角均有显著线性趋势;3类卫星开普勒6参数均有显著周期特性。 展开更多
关键词 北斗导航卫星系统 精密轨道 开普勒轨道参数 时间序列分析
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连续小推力非开普勒悬浮轨道研究综述 被引量:2
11
作者 潘晓 徐明 《中国空间科学技术》 CSCD 北大核心 2021年第4期1-15,共15页
连续小推力非开普勒悬浮轨道在深空探测与地球极地观测任务中有着重要的应用前景。归纳了电推进、太阳帆推进等连续小推力技术的发展历程与现状;阐述了日心、行星悬浮轨道的动力学特性、稳定性、轨道保持策略;分析了三体问题下人工拉格... 连续小推力非开普勒悬浮轨道在深空探测与地球极地观测任务中有着重要的应用前景。归纳了电推进、太阳帆推进等连续小推力技术的发展历程与现状;阐述了日心、行星悬浮轨道的动力学特性、稳定性、轨道保持策略;分析了三体问题下人工拉格朗日点的优势及其在深空探测方面的应用;讨论了悬浮轨道编队飞行的研究方法与控制策略。最后针对小推力悬浮轨道研究发展面临的难题,提出了研究新思路和应用新方向。 展开更多
关键词 连续小推力 开普勒悬浮轨道 太阳帆 人工拉格朗日点 悬浮编队
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陀螺进动与强迫进动轨道 被引量:4
12
作者 曹静 袁建平 罗建军 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第3期406-411,共6页
陀螺进动与轨道进动现象的相似性归因于二者的动力学相似性.通过类比二者的动力学模型,提出了一类强迫进动轨道.若以圆轨道为初始轨道,通过施加常值法向力可以实现一种特殊的悬浮型强迫进动轨道.采用四元数建模方法求解了这种强迫进动... 陀螺进动与轨道进动现象的相似性归因于二者的动力学相似性.通过类比二者的动力学模型,提出了一类强迫进动轨道.若以圆轨道为初始轨道,通过施加常值法向力可以实现一种特殊的悬浮型强迫进动轨道.采用四元数建模方法求解了这种强迫进动轨道的进动规律,给出了解析表达式,据此分析了这种轨道的性质.分析结果表明这种强迫进动轨道与初始圆轨道在同一球面上,且与初始位置相切.其角速度为进动角速度与初始轨道角速度的合成,是一种悬浮轨道,即属于非开普勒轨道.悬浮轨道在地球观测、行星际科学、天文观测、无线电通讯以及地球工程等领域具有潜在应用前景.从强迫进动的角度出发所作的分析为悬浮轨道的实现提供了一种新途径. 展开更多
关键词 陀螺进动 强迫进动轨道 开普勒轨道 悬浮轨道 四元数
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航天器共振轨道研究 被引量:4
13
作者 陈记争 袁建平 朱战霞 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第1期82-86,共5页
建立航天器非开普勒运动理论是航天技术发展的必然。提出了一类非开普勒轨道——共振轨道。共振是自然界的一种普遍现象,当发生共振时,很小的输入可以使系统的状态产生较大变化。研究表明航天器在推力作用下的非开普勒运动在参数平面内... 建立航天器非开普勒运动理论是航天技术发展的必然。提出了一类非开普勒轨道——共振轨道。共振是自然界的一种普遍现象,当发生共振时,很小的输入可以使系统的状态产生较大变化。研究表明航天器在推力作用下的非开普勒运动在参数平面内可以视为一种受迫振动,也会发生共振现象。因此,可以利用共振原理来研究航天器的运动,称这样一类非开普勒轨道为共振轨道。首先通过合理地选择轨道描述参数、时间尺度和推力描述方式建立航天器共振轨道的动力学模型。然后讨论航天器在推力作用下轨道运动的振动规律,并给出共振轨道的概念及轨道方程。最后提出基于共振轨道的机动轨道设计方法。 展开更多
关键词 共振轨道 轨道机动 准推力 开普勒轨道
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空间飞行器连续径向推力机动轨道研究 被引量:4
14
作者 周姜滨 袁建平 罗建军 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第1期67-71,共5页
在二体假设下对空间飞行器在径向推力作用下的机动轨道进行了研究。首先,在惯性坐标系中建立了空间飞行器在径向推力作用下的动力学方程,探讨了径向推力机动轨道的动量矩矢量和能量特性;然后推出了空间飞行器在径向推力作用下的逃逸条件... 在二体假设下对空间飞行器在径向推力作用下的机动轨道进行了研究。首先,在惯性坐标系中建立了空间飞行器在径向推力作用下的动力学方程,探讨了径向推力机动轨道的动量矩矢量和能量特性;然后推出了空间飞行器在径向推力作用下的逃逸条件,探讨了在圆轨道上运行的空间飞行器在连续常值径向推力作用下的三类机动轨道的特性,并给出了相应的算例及仿真计算结果;最后,研究了连续常值径向推力圆轨道,得出了空间飞行器在连续常值径向推力作用下沿圆轨道运行的条件,并与对应的等半径开普勒圆轨道和等角速度(等周期)开普勒圆轨道进行了比较。 展开更多
关键词 开普勒轨道 机动轨道 连续常值径向推力圆轨道
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基于遗传算法的连续推力最短时间转移轨道设计 被引量:4
15
作者 高怀 朱战霞 刘剑 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第2期187-191,共5页
针对连续推力作用下的最优轨道转移问题,在推力不变的条件下,考虑时间最优,设计了最优转移轨道和推力的作用方式。首先,建立描述连续推力轨道转移的状态方程,用变分法进行求解;然后,分别基于极小值原理和bang-bang控制原理推导出用协态... 针对连续推力作用下的最优轨道转移问题,在推力不变的条件下,考虑时间最优,设计了最优转移轨道和推力的作用方式。首先,建立描述连续推力轨道转移的状态方程,用变分法进行求解;然后,分别基于极小值原理和bang-bang控制原理推导出用协态变量表示的时间最优制导律,其中基于极小值原理的最优控制避开了bang-bang控制可能出现的奇异区间。由于协态变量无法求解解析解,文章采用遗传算法对协态变量进行优化求解。最后以同平面两个圆轨道为例进行了数值仿真,结果表明两种方法得到的最短时间基本相同,但采用极小值原理的最优转移轨道更加节省燃料。 展开更多
关键词 连续推力 极小值原理 周向推力 开普勒轨道 遗传算法 BANG-BANG控制
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常值径向推力加速度下航天器轨道运动特性研究 被引量:1
16
作者 高怀 朱战霞 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第1期38-43,共6页
文章研究了航天器在常值连续径向推力加速度作用下的运动特性。首先,基于非开普勒轨道理论,在惯性坐标系中建立了连续推力作用下航天器的动力学模型,经过推导和分析得了出在常值径向推力加速度下轨道动量矩仍保持常值,但其能量发生变化... 文章研究了航天器在常值连续径向推力加速度作用下的运动特性。首先,基于非开普勒轨道理论,在惯性坐标系中建立了连续推力作用下航天器的动力学模型,经过推导和分析得了出在常值径向推力加速度下轨道动量矩仍保持常值,但其能量发生变化的结论。同时针对初始轨道是椭圆轨道的一般情况,分析了航天器在连续常值径向推力作用下环绕地球运动的条件,推导给出了求解逃逸点临界加速度的方程组。最后,对椭圆初始轨道和圆初始轨道的情况分别进行了分析和求解,并以仿真曲线的形式给出了不同常值加速度下轨道变化特性以及逃逸点临界加速度随轨道参数变化的特性,为机动轨道设计提供了理论参考。 展开更多
关键词 开普勒轨道 连续推力 常值径向推力加速度 椭圆轨道
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一般形式的共振轨道研究 被引量:1
17
作者 史格非 方群 殷毅 《力学与实践》 北大核心 2014年第5期617-621,610,共6页
为了利用较小的推力使航天器的轨道产生较大的变化,可以利用共振原理来研究航天器的运动,称这样一类非开普勒轨道为共振轨道.将圆频率作为变量,通过合理地选择轨道描述参数、时间尺度和推力描述方式建立了一般形式的共振轨道模型,并基... 为了利用较小的推力使航天器的轨道产生较大的变化,可以利用共振原理来研究航天器的运动,称这样一类非开普勒轨道为共振轨道.将圆频率作为变量,通过合理地选择轨道描述参数、时间尺度和推力描述方式建立了一般形式的共振轨道模型,并基于仿真分析研究了共振轨道圆频率对共振轨道的影响.通过对地球-火星共振转移轨道的算例进行仿真分析,初步研究了共振轨道在星际探测轨道设计中应用的效果.研究结果表明:圆频率改变将对推力峰值产生影响;共振轨道在星际探测中的应用是可行的,并且在能量消耗方面优于Lambert轨道. 展开更多
关键词 开普勒轨道 共振轨道 Levi-Civita变换 深空探测
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地月高能共振循环轨道的快速计算及最优选择
18
作者 郑越 泮斌峰 唐硕 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期710-721,共12页
针对现有高能共振循环轨道计算方法存在计算量大、有可能改变轨道共振特性和不能构造共振比大于2.3的地月循环轨道等缺点,本文提出了一种地月圆型限制性三体问题下高能共振循环轨道的快速计算方法。首先根据轨道在月球附近的组成弧段对... 针对现有高能共振循环轨道计算方法存在计算量大、有可能改变轨道共振特性和不能构造共振比大于2.3的地月循环轨道等缺点,本文提出了一种地月圆型限制性三体问题下高能共振循环轨道的快速计算方法。首先根据轨道在月球附近的组成弧段对高能共振循环轨道进行分类;然后根据轨道类型构建二体开普勒椭圆轨道;再进一步计算圆型限制性三体问题下的地月高能共振循环轨道;最后根据能量、稳定性、时间周期、近地点高度和近月点高度对所计算出的地月高能共振循环轨道进行最优选择。仿真结果表明,本文所提出的方法简单有效,能够计算出共振比为5:2的地月高能共振循环轨道。 展开更多
关键词 圆型限制性三体问题 高能共振循环轨道 共振比 开普勒椭圆轨道
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基于傅立叶平均法下的连续小推力动力学分析 被引量:1
19
作者 冯维明 李源 苗楠 《固体火箭技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第3期285-289,295,共6页
通过将小推力展开为偏近点角的傅立叶级数,并对高斯摄动方程在一个轨道周期上的平均,将原方程的推力转化为仅由14个傅立叶系数表示的控制变量。仿真计算表明,平均化后的高斯方程使计算量与牛顿积分相比显著减少,且对小推力而言有足够的... 通过将小推力展开为偏近点角的傅立叶级数,并对高斯摄动方程在一个轨道周期上的平均,将原方程的推力转化为仅由14个傅立叶系数表示的控制变量。仿真计算表明,平均化后的高斯方程使计算量与牛顿积分相比显著减少,且对小推力而言有足够的精度。对利用平均化后的高斯方程计算轨道根数时产生误差的原因进行了研究,并进一步分析小推力的范围和小推力近似表达式对上述误差的影响,为今后小推力下非开普勒轨道动力学分析提供了理论依据和参数。 展开更多
关键词 傅立叶级数 连续小推力 平均法 高斯方程 动力学分析 开普勒轨道
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临近空间乘波体飞行器弹跳瞬间特性研究 被引量:1
20
作者 李海林 吴德伟 《导弹与航天运载技术》 北大核心 2012年第3期6-10,共5页
以临近空间乘波体飞行器弹跳瞬间的特性为研究对象,论证临近空间乘波体飞行器飞行轨迹属于非开普勒轨道的研究范畴;推导基于非开普勒轨道的该飞行器巡航段和再入段的动力学方程,研究弹跳瞬间临近空间乘波体飞行器的位置矢量求解问题;进... 以临近空间乘波体飞行器弹跳瞬间的特性为研究对象,论证临近空间乘波体飞行器飞行轨迹属于非开普勒轨道的研究范畴;推导基于非开普勒轨道的该飞行器巡航段和再入段的动力学方程,研究弹跳瞬间临近空间乘波体飞行器的位置矢量求解问题;进而论述弹跳瞬间特性,提出弹跳系数的概念,最后进行仿真分析,结果表明临近空间乘波体飞行器弹跳瞬间有明显的拐点特性并且加速度必须满足一定的条件才能弹跳,所得结论对临近空间乘波体飞行器弹跳飞行的研究具有一定的参考价值。 展开更多
关键词 开普勒轨道 临近空间乘波体飞行器 巡航段 再入段 弹跳系数
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