CN108820251A - 一种用于地磁尾探测的太阳帆飞行器星座系统 - Google Patents

一种用于地磁尾探测的太阳帆飞行器星座系统 Download PDF

Info

Publication number
CN108820251A
CN108820251A CN201810267184.6A CN201810267184A CN108820251A CN 108820251 A CN108820251 A CN 108820251A CN 201810267184 A CN201810267184 A CN 201810267184A CN 108820251 A CN108820251 A CN 108820251A
Authority
CN
China
Prior art keywords
solar sail
aircraft
sail aircraft
track
solar
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810267184.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108820251B (zh
Inventor
景前锋
王长焕
陈超云
李志刚
刘鲁江
彭福军
禹志
陈辉
袁勇
恽卫东
李立春
陈记争
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Aerospace System Engineering Institute
Original Assignee
Shanghai Aerospace System Engineering Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Aerospace System Engineering Institute filed Critical Shanghai Aerospace System Engineering Institute
Priority to CN201810267184.6A priority Critical patent/CN108820251B/zh
Publication of CN108820251A publication Critical patent/CN108820251A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108820251B publication Critical patent/CN108820251B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/10—Artificial satellites; Systems of such satellites; Interplanetary vehicles
    • B64G1/1021—Earth observation satellites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/10—Artificial satellites; Systems of such satellites; Interplanetary vehicles
    • B64G1/1085—Swarms and constellations

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Astronomy & Astrophysics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

一种用于地磁尾探测的太阳帆飞行器星座系统，包括多颗太阳帆飞行器，多颗太阳帆飞行器分布于对应的多个轨道上形成多星组网的多点联合立体探测空间，且各个太阳帆飞行器均利用太阳光压力进行轨道升交点赤经的摄动，使太阳帆飞行器形成与地磁尾转动速度相同的非开普勒轨道。由于通过多颗太阳帆飞行器在多个轨道上形成多星组网，及利用太阳光压力进行轨道升交点赤经的摄动，使太阳帆飞行器形成与地磁尾转动速度相同的非开普勒轨道，从而可以一直保持其供线位于地磁尾区域，各个太阳帆飞行器每圈均飞越地磁尾区域，大大延长地磁尾联合探测的有效观测时间，获得比常规卫星4倍以上的地磁尾区域有效探测时间，从而大大增加了捕获磁层亚暴事件的概率。

Description

一种用于地磁尾探测的太阳帆飞行器星座系统
技术领域
本发明涉及地球磁层物理科学探测技术领域，具体涉及一种用于地磁尾探测的太阳帆飞行器星座系统。
背景技术
空间天气是影响航天器在轨工作的重要因素，因此需要更深入的认识磁层物理科学，从而可以大幅度提高空间天气预报的准确度，及时采取规避措施，防止空间卫星受空间天气影响而失效，但是，目前，常规使用单颗卫星对地磁尾进行探测，单颗卫星探测时间较短，从而导致单颗卫星地磁尾探测时捕获的磁层亚暴事件概率少。
发明内容
本申请提供一种用于地磁尾探测的太阳帆飞行器星座系统，包括多颗太阳帆飞行器，多颗太阳帆飞行器分布于对应的多个轨道上形成多星组网的多点联合立体探测空间，且各个太阳帆飞行器均利用太阳光压力进行轨道升交点赤经的摄动，使太阳帆飞行器形成与地磁尾转动速度相同的非开普勒轨道。
一种实施例中，包括八颗太阳帆飞行器，八颗太阳帆飞行器分布于对应的六个轨道上。
一种实施例中，六个轨道分别是：在J2000地心惯性系下，轨道1为长半轴为20Re的圆轨道，轨道2为远地点30Re，近地点10Re的椭圆轨道，轨道3为远地点25Re，近地点15Re的椭圆轨道，轨道4为近地点10Re，远地点30Re的椭圆轨道，轨道5为长半轴为20Re的圆轨道，轨道6为长半轴为20Re的圆轨道，其中，Re为地球半径；
八颗太阳帆飞行器在六个轨道上的分布位置是：
在轨道1上分布太阳帆飞行器T、太阳帆飞行器Y1、太阳帆飞行器Y2，且，太阳帆飞行器Y1和太阳帆飞行器Y2分别与太阳帆飞行器T相位差30度；
在轨道2倾角10度的位置上分布太阳帆飞行器X1；
在轨道3倾角10度的位置上分布太阳帆飞行器X2；
在轨道4倾角10度的位置上分布太阳帆飞行器X3；
在轨道5倾角12.5度的位置上分布太阳帆飞行器Z1；
在轨道6倾角7.5度的位置上分布太阳帆飞行器Z2。
一种实施例中，多颗太阳帆飞行器分布于对应的多个轨道上形成多星组网的立体空间网络，具体为：
太阳帆飞行器T、太阳帆飞行器Y1、太阳帆飞行器Y2于轨道1中，其中太阳帆飞行器T星位于中间，太阳帆飞行器Y1星和太阳帆飞行器Y2星按0.5°相位差分布在太阳帆飞行器T前后，形成3星编队，所述太阳帆飞行器T、太阳帆飞行器Y1、太阳帆飞行器Y2在Y方向上进行三点联合探测；
轨道5、轨道1、轨道6的升交点赤经相同，轨道5与轨道6均与轨道1形成0.5°倾角差，太阳帆飞行器Z1、太阳帆飞行器T、太阳帆飞行器Z2在每个轨道周期同时运行到拱线上，形成3星编队，所述太阳帆飞行器Z1、太阳帆飞行器T、太阳帆飞行器Z2在Z方向上进行三点联合探测；
轨道2、轨道3和轨道4的供线重合，太阳帆飞行器X1、太阳帆飞行器X2、太阳帆飞行器T、太阳帆飞行器X3在每个轨道周期同时运行到拱线上，并形成直线排列，形成4星编队，所述太阳帆飞行器X1、太阳帆飞行器X2、太阳帆飞行器T、太阳帆飞行器X3在X方向上进行四点联合探测。
一种实施例中，阳帆飞行器质量为100kg，尺寸为47m×47m。
一种实施例中，太阳帆飞行器包括：太阳帆系统、控制系统、综合电子、科学探测载荷。
一种实施例中，科学探测载荷包括三轴磁强计和等离子体探测计。
依据上述实施例的太阳帆飞行器星座系统，由于通过多颗太阳帆飞行器在多个轨道上形成多星组网的立体空间网络，及利用太阳光压力进行轨道升交点赤经的摄动，使太阳帆飞行器形成与地磁尾转动速度相同的非开普勒轨道，从而可以一直保持其供线位于地磁尾区域，各个太阳帆飞行器每圈均飞越地磁尾区域，大大延长地磁尾联合探测的有效观测时间，获得比常规卫星4倍以上的地磁尾区域有效探测时间，从而大大增加了捕获磁层亚暴事件的概率。
附图说明
图1为太阳帆飞行器星座系统结构示意图；
图2为太阳帆飞行器跟随地磁尾转动示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。
本例提供一种用于地磁尾探测的太阳帆飞行器星座系统，包括多颗太阳帆飞行器，多颗太阳帆飞行器分布于对应的多个轨道上形成多星组网的立体空间网络，且各个太阳帆飞行器均利用太阳光压力进行轨道升交点赤经的摄动，使太阳帆飞行器形成与地磁尾转动速度相同的非开普勒轨道。
具体的，本例的太阳帆飞行器星座系统包括八颗太阳帆飞行器，该八颗太阳帆飞行器分布于对应的六个轨道上形成多星组网的立体空间网络，其结构示意图如图1所示。
其中，在J2000地心惯性系下，六个轨道的定义分别是：轨道1为长半轴为20Re的圆轨道，轨道2为远地点30Re，近地点10Re的椭圆轨道，轨道3为远地点25Re，近地点15Re的椭圆轨道，轨道4为近地点10Re，远地点30Re的椭圆轨道，轨道5为长半轴为20Re的圆轨道，轨道6为长半轴为20Re的圆轨道，其中，Re为地球半径。
八颗太阳帆飞行器T、X1、X2、X3、Y1、Y2、Z1、Z2在六个轨道上的分布位置分别是：在轨道1上分布太阳帆飞行器T、太阳帆飞行器Y1、太阳帆飞行器Y2，且，太阳帆飞行器Y1和太阳帆飞行器Y2分别与太阳帆飞行器T相位差30度；在轨道2倾角10度的位置上分布太阳帆飞行器X1；在轨道3倾角10度的位置上分布太阳帆飞行器X2；在轨道4倾角10度的位置上分布太阳帆飞行器X3；在轨道5倾角12.5度的位置上分布太阳帆飞行器Z1；在轨道6倾角7.5度的位置上分布太阳帆飞行器Z2。
具体的，太阳帆飞行器T、太阳帆飞行器Y1、太阳帆飞行器Y2于轨道1时，其中，太阳帆飞行器T星位于中间，太阳帆飞行器Y1星和太阳帆飞行器Y2星按0.5°相位差分布在太阳帆飞行器T前后，形成3星编队，使得，工作于轨道1上的太阳帆飞行器T、太阳帆飞行器Y1、太阳帆飞行器Y2在大尺度上进行Y方向上的三点联合探测。轨道5、轨道1、轨道6的升交点赤经相同，轨道5与轨道6均与轨道1形成0.5°倾角差，太阳帆飞行器Z1、太阳帆飞行器T、太阳帆飞行器Z2在每个轨道周期同时运行到拱线上，形成3星编队，使得，工作于轨道5的太阳帆飞行器Z1、轨道1的太阳帆飞行器T、轨道6的太阳帆飞行器Z2在大尺度上进行Z方向上三点联合探测。轨道2、轨道3和轨道4的供线重合，太阳帆飞行器X1、太阳帆飞行器X2、太阳帆飞行器T、太阳帆飞行器X3在每个轨道周期同时运行到拱线上，并形成直线排列，形成4星编队，使得，工于作轨道2的太阳帆飞行器X1、轨道3的太阳帆飞行器X2、轨道1的太阳帆飞行器T、轨道4的太阳帆飞行器X3在大尺度上进行X方向上四点联合探测。
八颗太阳帆飞行器中以太阳飞行器T为中心，在每个轨道周期同时运行到拱线上，同时形成X1、X2、T、X3的沿拱线方向的四星编队，形成Z1、T、Z2近似垂直于轨道面方向的三星编队，形成Y1、T、Y2在轨道面内近似垂直于拱线的三星编队，从而能够同时在3个方向上组成八点联合立体空间探测。
太阳帆飞行器跟随地磁尾运动原理图如图2所示，其中，粗实线为太阳帆飞行器轨道，虚线为无太阳帆飞行器轨道，每个太阳帆飞行器均利用太阳光压力，使轨道升交点赤经一年匀速变化360度，与地磁尾的转动角速度相同，从而只要初始时，轨道拱线穿越地磁尾，就能够保证轨道拱线始终穿越地磁尾，从而每一轨道周期，太阳帆飞行器都能穿越地磁尾探测区域进行磁层亚暴探测，大大增加了对地磁尾区域的探测时间，从而大大增加了捕获磁层亚暴事件的概率。
进一步，本例中的各个太阳帆飞行器质量为100kg，尺寸为47m×47m，每个太阳帆飞行器包括太阳帆系统、控制系统、综合电子、科学探测载荷，其中，太阳帆系统包括姿态控制杆、帆面、展开控制机构、支撑杆、中心结构等；综合电子采用一体化设计，包括主控计算机、测控通信、供配电等；控制系统包括姿态敏感器、自主导航敏感器、冷气发动机等，在太阳帆展开前用推力器控制姿态，在太阳帆展开后用光压压心相对于质心偏移来进行姿态控制；科学探测载荷包括磁强计、等离子体探测计。
本例采用高集成化的太阳帆飞行器实现多星组网，利用其非开普勒轨道特性，能够保持长期飞越地磁尾区域进行探测，采用八颗太阳帆飞行器组成立体空间网络，对磁层亚暴事件进行大尺度三维多点联合探测，利用携带的空间磁场探测载荷、空间等离子体探测载荷同时开展地磁尾探测，全面获取磁层亚暴信息，为地磁尾探测创造了极佳的探测条件。因此，本发明能够完全满足地磁尾探测的应用要求，满足地磁尾区域的空间磁场、等离子体等探测载荷的安装和使用要求，具有光压推进、集成设计、多星组网、异轨分布等技术特点。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (7)

1.一种用于地磁尾探测的太阳帆飞行器星座系统,其特征在于，包括多颗太阳帆飞行器，所述多颗太阳帆飞行器分布于对应的多个轨道上形成多星组网的多点联合立体探测空间，且各个太阳帆飞行器均利用太阳光压力进行轨道升交点赤经的摄动，使太阳帆飞行器形成与地磁尾转动速度相同的非开普勒轨道。
2.如权利要求1所述的太阳帆飞行器星座系统，其特征在于，包括八颗太阳帆飞行器，所述八颗太阳帆飞行器分布于对应的六个轨道上。
3.如权利要求2所述的太阳帆飞行器星座系统，其特征在于，所述六个轨道分别是：在J2000地心惯性系下，轨道1为长半轴为20Re的圆轨道，轨道2为远地点30Re，近地点10Re的椭圆轨道，轨道3为远地点25Re，近地点15Re的椭圆轨道，轨道4为近地点10Re，远地点30Re的椭圆轨道，轨道5为长半轴为20Re的圆轨道，轨道6为长半轴为20Re的圆轨道，其中，Re为地球半径；
所述八颗太阳帆飞行器在所述六个轨道上的分布位置是：
在轨道1上分布太阳帆飞行器T、太阳帆飞行器Y1、太阳帆飞行器Y2，且，所述太阳帆飞行器Y1和太阳帆飞行器Y2分别与所述太阳帆飞行器T相位差30度；
在轨道2倾角10度的位置上分布太阳帆飞行器X1；
在轨道3倾角10度的位置上分布太阳帆飞行器X2；
在轨道4倾角10度的位置上分布太阳帆飞行器X3；
在轨道5倾角12.5度的位置上分布太阳帆飞行器Z1；
在轨道6倾角7.5度的位置上分布太阳帆飞行器Z2。
4.如权利要求3所述的太阳帆飞行器星座系统，其特征在于，所述多颗太阳帆飞行器分布于对应的多个轨道上形成多星组网的立体空间网络，具体为：
所述太阳帆飞行器T、太阳帆飞行器Y1、太阳帆飞行器Y2于轨道1中，其中太阳帆飞行器T星位于中间，太阳帆飞行器Y1星和太阳帆飞行器Y2星按0.5°相位差分布在太阳帆飞行器T前后，形成三星编队，所述太阳帆飞行器T、太阳帆飞行器Y1、太阳帆飞行器Y2在Y方向上进行三点联合探测；
所述轨道5、轨道1、轨道6的升交点赤经相同，轨道5与轨道6均与轨道1形成0.5°倾角差，太阳帆飞行器Z1、太阳帆飞行器T、太阳帆飞行器Z2在每个轨道周期同时运行到拱线上，形成三星编队，所述太阳帆飞行器Z1、太阳帆飞行器T、太阳帆飞行器Z2在Z方向上进行三点联合探测；
所述轨道2、轨道3和轨道4的供线重合，太阳帆飞行器X1、太阳帆飞行器X2、太阳帆飞行器T、太阳帆飞行器X3在每个轨道周期同时运行到拱线上，并形成直线排列，形成四星编队，所述太阳帆飞行器X1、太阳帆飞行器X2、太阳帆飞行器T、太阳帆飞行器X3在X方向上进行四点联合探测。
5.如权利要求1所述的太阳帆飞行器星座系统，其特征在于，所述太阳帆飞行器质量为100kg，尺寸为47m×47m。
6.如权利要求1所述的太阳帆飞行器星座系统，其特征在于，所述太阳帆飞行器包括：太阳帆系统、控制系统、综合电子、科学探测载荷。
7.如权利要求1所述的太阳帆飞行器星座系统，其特征在于，所述科学探测载荷包括三轴磁强计和等离子体探测计。
CN201810267184.6A 2018-03-28 2018-03-28 一种用于地磁尾探测的太阳帆飞行器星座系统 Active CN108820251B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810267184.6A CN108820251B (zh) 2018-03-28 2018-03-28 一种用于地磁尾探测的太阳帆飞行器星座系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810267184.6A CN108820251B (zh) 2018-03-28 2018-03-28 一种用于地磁尾探测的太阳帆飞行器星座系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108820251A true CN108820251A (zh) 2018-11-16
CN108820251B CN108820251B (zh) 2021-09-28

Family

ID=64155298

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810267184.6A Active CN108820251B (zh) 2018-03-28 2018-03-28 一种用于地磁尾探测的太阳帆飞行器星座系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108820251B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111619825A (zh) * 2020-04-29 2020-09-04 北京航空航天大学 一种基于星-帆绳系系统的横截编队方法及装置
CN111806729A (zh) * 2020-08-05 2020-10-23 上海卫星工程研究所 考虑拱线旋转的非冻结轨道多星定位编队设计方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5971324A (en) * 1995-10-03 1999-10-26 Trw Inc. Multiple altitude satellite relay system and method
CN1233889A (zh) * 1999-04-30 1999-11-03 北京大学 中轨赤道卫星星座方案
US20120184208A1 (en) * 2009-07-06 2012-07-19 Astrium Sas Virtual Polar Satellite Ground Station for Low Orbit Earth Observation Satellites Based on a Geostationary Satellite Pointing an Antenna Over an Earth Pole
CN102745342A (zh) * 2012-06-26 2012-10-24 上海卫星工程研究所 用于太阳爆发-近地空间环境响应探测的卫星星座系统
CN106200376A (zh) * 2016-06-28 2016-12-07 西北工业大学 一种航天器日心非开普勒悬浮轨道拼接方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5971324A (en) * 1995-10-03 1999-10-26 Trw Inc. Multiple altitude satellite relay system and method
CN1233889A (zh) * 1999-04-30 1999-11-03 北京大学 中轨赤道卫星星座方案
US20120184208A1 (en) * 2009-07-06 2012-07-19 Astrium Sas Virtual Polar Satellite Ground Station for Low Orbit Earth Observation Satellites Based on a Geostationary Satellite Pointing an Antenna Over an Earth Pole
CN102745342A (zh) * 2012-06-26 2012-10-24 上海卫星工程研究所 用于太阳爆发-近地空间环境响应探测的卫星星座系统
CN106200376A (zh) * 2016-06-28 2016-12-07 西北工业大学 一种航天器日心非开普勒悬浮轨道拼接方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111619825A (zh) * 2020-04-29 2020-09-04 北京航空航天大学 一种基于星-帆绳系系统的横截编队方法及装置
CN111806729A (zh) * 2020-08-05 2020-10-23 上海卫星工程研究所 考虑拱线旋转的非冻结轨道多星定位编队设计方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108820251B (zh) 2021-09-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bandyopadhyay et al. Review of formation flying and constellation missions using nanosatellites
Kechichian Motion in general elliptic orbit with respect to a dragging and precessing coordinate frame
CN104015938A (zh) 一种电推进静止轨道卫星的位置保持方法
CN109240322A (zh) 一种面向对地超幅宽成像的卫星编队实现方法
CN102880184A (zh) 一种静止轨道卫星自主轨道控制方法
CN103674032A (zh) 融合脉冲星辐射矢量和计时观测的卫星自主导航系统及方法
Wallace et al. Orbital operations for Phobos and Deimos exploration
Barbee et al. A guidance and navigation strategy for rendezvous and proximity operations with a noncooperative spacecraft in geosynchronous orbit
CN106483466B (zh) 一种卫星入轨阶段太阳电池阵输出电流的估算方法
CN102736091A (zh) 星球表面广域探测的卫星导航方法及系统
CN110450989B (zh) 微纳卫星集群捕获空间非合作目标的贴附消旋与轨控方法
CN103389099A (zh) 基于x射线脉冲星的航天器姿态和位置测量系统及方法
CN106595673A (zh) 面对地球静止轨道目标操作的空间多机器人自主导航方法
Liu et al. X-ray pulsar/starlight Doppler integrated navigation for formation flight with ephemerides errors
Wolf et al. Toward improved landing precision on Mars
Adams et al. Technologies for spacecraft formation flying
CN108820251A (zh) 一种用于地磁尾探测的太阳帆飞行器星座系统
CN110647163B (zh) 对geo空间目标持续可见光探测的绕飞轨道设计方法
US9499285B2 (en) Three dimensional imaging arrangement
Cui et al. Real-time navigation for Mars final approach using X-ray pulsars
Grassi Attitude determination and control for a small remote sensing satellite
CN106855408A (zh) 一种面向geo卫星在轨服务的空间多机器人相对观测方法
Kominato et al. Optical hybrid navigation and station keeping around Itokawa
Carroll et al. Tidal acceleration gravity gradiometry for measuring asteroid gravity field from orbit
Zhang et al. Theory and Design Methods of Special Space Orbits

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant