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摄动因素对航天器轨道设计的影响分析

作　者: 袁幸伟
导　师: 杨亚非
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 深空探测任务分析转移轨道干扰力矩
分类号: V448.224
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 105次
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内容摘要

本文主要围绕航天器在地球上空200km处飞离地球开始一直到目标星球即火星入轨点的转移轨道段轨道设计所做的轨道任务分析、摄动因素分析及近地轨道航天器姿态所受干扰力矩进行理论与仿真研究。在所提出的行星际轨道任务分析的基础上,着重研究基于多体问题的探测器的轨道动力学模型的建立,各种摄动因素分析对轨道设计的影响。首先,建立了不同轨道描述参数和姿态描述参数下的轨道模型,分析了不同状态描述形式对系统计算效率和轨道设计的影响;其次,考虑到深空探测器所处的深空环境,研究了中心球体的非球形、大气阻力、太阳光压以及第三体引力等摄动因素对航天器轨道设计的影响,并对摄动因素的量级进行计算;第三,基于所建立的轨道方程,将各种轨道任务中所涉及的摄动因素考虑在内,利用航天器控制工具箱(SCT)软件进行仿真验证和分析,得出轨道任务分析所假设的各个轨道段的理论轨道以及加入摄动后的轨道,并进行误差分析,提出解决办法。为轨道设计提供了良好的理论基础和实验基础。最后,对航天器在受到的干扰力矩计算,为航天器姿态控制提供必要的依据。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第1章绪论  8-16
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  8
  1.2 摄动理论与航天器轨道设计研究现状  8-14
    1.2.1 摄动理论的研究现状  8-11
    1.2.2 航天器轨道设计的研究现状  11-14
  1.3 本论文的主要研究内容及章节安排  14-16
第2章航天器轨道动力学研究及轨道任务分析  16-25
  2.1 引言  16-17
  2.2 航天器轨道动力学模型  17-20
    2.2.1 参考坐标系  17
    2.2.2 轨道动力学模型  17-20
  2.3 姿态运动学模型  20-21
  2.4 姿态动力学模型  21
  2.5 航天器轨道任务分析  21-24
  2.6 本章小结  24-25
第3章航天器轨道设计摄动因素研究  25-38
  3.1 引言  25-26
  3.2 轨道设计方案的选择  26-28
  3.3 摄动因素的动力学建模  28-37
    3.3.1 中心天体的非球形摄动项  28-30
    3.3.2 大气阻力摄动  30-33
    3.3.3 太阳光压摄动项  33-36
    3.3.4 第三体引力摄动项  36-37
    3.3.5 其他摄动  37
  3.4 本章小结  37-38
第4章地火轨道仿真及摄动量级计算分析  38-51
  4.1 引言  38
  4.2 地球影响球段轨道设计及精度分析  38-42
  4.3 太阳影响球轨道段设计及精度影响分析  42-46
  4.4 火星影响球段轨道设计及精度影响分析  46-50
  4.5 本章小结  50-51
第5章航天器姿态干扰力矩研究  51-63
  5.1 太阳光压力矩  51-54
  5.2 重力梯度力矩分析  54-57
  5.3 磁力矩分析  57-60
  5.4 气动力矩分析  60-62
  5.5 本章小结  62-63
结论  63-64
参考文献  64-70
致谢  70

摄动因素对航天器轨道设计的影响分析

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