RU2703696C1 - Autonomous collocation method at near-stationary orbit - Google Patents

Autonomous collocation method at near-stationary orbit Download PDF

Info

Publication number
RU2703696C1
RU2703696C1 RU2018128867A RU2018128867A RU2703696C1 RU 2703696 C1 RU2703696 C1 RU 2703696C1 RU 2018128867 A RU2018128867 A RU 2018128867A RU 2018128867 A RU2018128867 A RU 2018128867A RU 2703696 C1 RU2703696 C1 RU 2703696C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
orbit
spacecraft
longitude
inclination
kask
Prior art date
Application number
RU2018128867A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Михайлович Афанасьев
Владимир Анатольевич Мухин
Петр Васильевич Семкин
Original Assignee
Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва"
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 Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" filed Critical Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва"
Priority to RU2018128867A priority Critical patent/RU2703696C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2703696C1 publication Critical patent/RU2703696C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64GCOSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00Cosmonautic vehicles
    • B64G1/10Artificial satellites; Systems of such satellites; Interplanetary vehicles
    • B64G1/1085Swarms and constellations
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64GCOSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/24Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control
    • B64G1/242Orbits and trajectories

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Astronomy & Astrophysics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)

Abstract

FIELD: astronautics.
SUBSTANCE: invention relates to control of movement of a group of (two) spacecraft (SC) to keep them in the same narrow (longitude) area in the vicinity of the standing point. One of the spacecraft operates in autonomous (or self-) collocation (SCSC) mode. Working position of SCSC is selected next (in longitude) with working position of adjacent spacecraft. Inclination, eccentricity and av. Greenwich longitude of the SCSC orbit is maintained in the specified ranges, minimizing the discrepancy between the line of nodes and the line of apses during the whole period of active existence of the hull. Evolution of parameters of the orbit of the adjacent spacecraft does not affect the collocation process.
EFFECT: reduction of the width of the field of retention of longitude, as well as creation of favorable conditions (with their possible reflection in international regulations) for longitude collocation of geosynchronous and geostationary spacecraft on near- and geostationary orbits.
1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области космической техники и может быть использовано для коллокации (баллистического обеспечения гарантированного сосуществования в одной и той же области околостационарной орбиты (ОСО) по долготе и широте относительно точки стояния) космических аппаратов (КА).The invention relates to the field of space technology and can be used for collocation (ballistic ensuring guaranteed coexistence in the same area of the near-stationary orbit (CCA) in longitude and latitude relative to the point of standing) of spacecraft (SC).

КА на ОСО называются геостационарными КА. В тексте под КА следует понимать геостационарный КА.SCs on the CCA are called geostationary SCs. In the text, spacecraft should be understood as a geostationary spacecraft.

1. Коллокацию КА следует проводить по согласованным схемам, известным предприятию. Эти схемы - аналоги сводятся к равноудалению точек прицеливания векторов en [en; (Ω+ω)n] (n=1,2, …) и in [in; Ωn] (n=1,2, …) в соответствующих фазовых плоскостях КА и поддержанию концов векторов en и in внутри соответствующих областей выбранных радиусов, центрами которых являются соответствующие точки прицеливания. Идеальным вариантом согласованной коллокации считается для двух КА разнесение долгот восходящих узлов (Ωn) и прямых восхождений перигеев (Ω+ω)n точек прицеливания на 180°, причем аргументы широты перигеев КА должны быть близки нулю или 180°. Для трех КА цифру 180 в отношении точек прицеливания заменяют на 120. Однако за кажущейся простотой схем скрывается сложная и затратная процедура управления векторами коллокации. Коллокация здесь рассматривается как способ управления движением центров масс, гарантирующий от столкновений КА. Эта задача актуальна и удовлетворительно решается для двух КА (даже при нулевых наклонениях) при условиях:1. The collocation of the spacecraft should be carried out according to agreed schemes known to the enterprise. These analog schemes are reduced to equidistance of the aiming points of the vectors e n [e n ; (Ω + ω) n ] (n = 1,2, ...) and i n [i n ; Ω n ] (n = 1,2, ...) in the corresponding phase planes of the spacecraft and maintaining the ends of the vectors e n and i n inside the corresponding regions of the selected radii, the centers of which are the corresponding aiming points. An ideal variant of coordinated collocation for two spacecraft is the separation of longitudes of ascending nodes (Ω n ) and right ascensions of perigee (Ω + ω) n aiming points by 180 °, and the arguments of the latitude of the perigee of the spacecraft should be close to zero or 180 °. For three spacecraft, the figure 180 in relation to the aiming points is replaced by 120. However, the seeming simplicity of the schemes hides a complex and costly procedure for managing collocation vectors. Collocation is considered here as a way to control the motion of the centers of mass, guaranteeing against spacecraft collisions. This problem is relevant and satisfactorily solved for two spacecraft (even at zero inclinations) under the conditions:

Figure 00000001
Figure 00000001

то есть тогда, когда восходящие узлы орбит разнесены на 180°, для каждой из орбит линия узлов совпадает с линией апсид, направления на восходящий узел и перигей одной из орбит совпадают, другой - взаимно противоположны. Гарантированное минимальное межспутниковое расстояние, при реальном эксцентриситете орбит КА порядка 0,00015, составляет 12,6 км.that is, when the ascending nodes of the orbits are 180 ° apart, for each of the orbits the line of nodes coincides with the apses line, the directions to the ascending node and the perigee of one of the orbits coincide, the other are mutually opposite. The guaranteed minimum inter-satellite distance, with a real eccentricity of the spacecraft orbits of the order of 0.00015, is 12.6 km.

Центры управления всеми КА, находящимися в единой области удержания по широте и долготе, следуют единой стратегии коллокации, обмениваясь баллистической информацией.The control centers of all spacecraft located in a single area of latitude and longitude retention follow a unified collocation strategy by exchanging ballistic information.

Метод согласованной коллокации является универсальным, то есть независимым от типа КА, участвующих в совместном удержании. В процессе совместного функционирования КА точки прицеливания, а в идеале и текущие векторы наклонения и эксцентриситета орбит КА, должны изменяться синфазно в заданной области удержания относительно рабочей позиции. Благодаря такой стратегии поддержания будет постоянно обеспечиваться наклон между плоскостями орбит, и взаимные расстояния между КА на линиях пересечения их орбитальных плоскостей будут не менее допуска (10 км).The consistent collocation method is universal, that is, independent of the type of spacecraft participating in the joint confinement. During the joint operation of the spacecraft, the aiming points, and ideally, the current inclination and eccentricity vectors of the spacecraft’s orbits, should change in phase in a given retention area relative to the working position. Thanks to such a maintenance strategy, the inclination between the orbital planes will be constantly ensured, and the mutual distances between the spacecraft at the lines of intersection of their orbital planes will be no less than the tolerance (10 km).

Однако для гарантированной коллокации требуется перманентный процесс обмена баллистической информацией между центрами управления КА. Такой процесс может давать сбои, и сбои обязательно будут происходить. Кроме того, нельзя исключать принципиальную невозможность взаимодействия между центрами управления КА. Проще находиться в состоянии автономной коллокации (самоколлокации): когда к процессу коллокации не привлекаются другие КА и их центры управления. При постановке такой задачи следует учитывать, что линия узлов и линия апсид орбиты смежного КА (СКА) могут пересекаться под произвольным углом. Далее по тексту под КА с самоколлокацией (КАСК) подразумевается КА, «взявший» на себя всю ответственность по коллокации в заданной области удержания по широте и долготе.However, for guaranteed collocation, a permanent process of exchange of ballistic information between spacecraft control centers is required. Such a process may fail, and failures will certainly occur. In addition, the fundamental impossibility of interaction between spacecraft control centers cannot be ruled out. It is easier to be in a state of autonomous collocation (self-collocation): when other spacecraft and their control centers are not involved in the collocation process. When setting such a task, it should be borne in mind that the line of nodes and the line of apses of the orbit of an adjacent spacecraft (SCA) can intersect at an arbitrary angle. Hereinafter, a spacecraft with self-collocation (CASK) means a spacecraft that "took" all responsibility for collocation in a given area of retention in latitude and longitude.

Идея автономной коллокации, не накладывающей никаких сколько-нибудь значимых обязательств на центр управления СКА (что означает наличие или отсутствие действий по реализации согласованной стратегии коллокации со стороны такого центра управления), позволяющей за счет настройки векторов наклонения и эксцентриситета обходить в течение суток лучи от всех антенн, включая глобальные, на СКА, не создавая тем самым экранирующих эффектов, представляется актуальной и наиболее эффективной.The idea of an autonomous collocation that does not impose any kind of significant obligations on the SKA control center (which means the presence or absence of actions to implement an agreed collocation strategy on the part of such a control center), which allows, by adjusting the inclination and eccentricity vectors, to bypass the rays from all during the day antennas, including global ones, on SKA, without creating thereby shielding effects, it seems relevant and most effective.

2. Известен способ автономной коллокации на геостационарной орбите (ГСО) (RU 2559371 С2). Согласно данному способу, включающему переводы векторов наклонения и эксцентриситета на границы разнесенных относительно друг друга областей прицеливания (областей допустимого изменения векторов наклонения и эксцентриситета), измерения параметров орбиты каждого космического аппарата (КА), определение по ним текущих значений орбитальных параметров каждого КА и проведение с помощью двигателей малой тяги коррекций периода обращения, наклонения и эксцентриситета орбиты, за время до приведения КА с самоколлокацией (КАСК) в заданную область удержания по широте (наклонению) и долготе по данным независимых траекторных измерений выявляют стратегию управления движением центра масс СКА, в процессе удержания уточняют положение центра области прицеливания по наклонению СКА, проведением коррекций наклонения вектор наклонения орбиты КАСК в фазовой плоскости с учетом сезона (текущего прямого восхождения Солнца) выставляют так, чтобы линия узлов орбиты КАСК стала перпендикулярна линии узлов орбиты СКА и центр области прицеливания, включающей годограф вектора наклонения орбиты КАСК, смещают по перпендикуляру из начала координатной системы [ix;iy] относительно линии, соединяющей это начало с центром области прицеливания СКА, на величину расстояния между этим центром и началом координатной системы, проводят регулярные коррекции эксцентриситета для удаления направления на перигей от направления на восходящий узел орбиты КАСК на величину угла рассогласования (УР) между направлениями на перигей и восходящий узел орбиты СКА и поддержания такого положения перигея заданных пределах области прицеливания по эксцентриситету, проводят регулярные коррекции наклонения орбиты КАСК, вызывающие, при поддержании прямого угла между линиями узлов орбит КА, следование конца вектора наклонения его годографу, на КАСК переопределяют центры областей прицеливания по наклонению и эксцентриситету орбиты КАСК при корректировке стратегии управления движением центра масс СКА и при нарастании УР КАСК, в случаях опасного сближения КА проводят коррекции уклонения, представляющие собой одновременные коррекции долготы и эксцентриситета орбиты.2. A known method of autonomous collocation in geostationary orbit (GSO) (RU 2559371 C2). According to this method, which includes translating the inclination and eccentricity vectors onto the boundaries of aiming regions spaced apart from each other (areas of permissible variation of the inclination and eccentricity vectors), measuring the orbit parameters of each spacecraft (SC), determining from them the current values of the orbital parameters of each spacecraft and using small thrust engines to correct the period of revolution, inclination and eccentricity of the orbit, before the spacecraft with self-collocation (CASK) is brought into a given region holding on latitude (inclination) and longitude according to independent trajectory measurements reveals the strategy for controlling the motion of the center of mass of the SKA, in the process of holding clarifies the position of the center of the aiming region on the inclination of the SKA, by making inclination corrections, the inclination vector of the KASK orbit in the phase plane taking into account the season (current direct ascension of the Sun) is set so that the line of nodes of the CASK orbit becomes perpendicular to the line of nodes of the SCA orbit and the center of the aiming region, including the hodograph of the inclination vector of the orbit CASC, perpendicularly displaced from the beginning of the coordinate system [i x ; i y ] relative to the line connecting this beginning with the center of the SKA aiming area, by the distance between this center and the beginning of the coordinate system, conduct regular eccentricity corrections to remove the direction of the perigee from the direction to the ascending node of the CASK orbit by the value of the mismatch angle (SD) between the directions to the perigee and the ascending node of the SCA orbit and maintaining this position of the perigee within the specified limits of the aiming region by the eccentric To the Institute, regular KASK orbital inclination corrections are carried out, which, while maintaining a right angle between the lines of the KA orbit nodes, following the end of the inclination vector to its hodograph, the centers of aiming areas are redefined on KASK by the inclination and eccentricity of the KASK orbit when adjusting the strategy for controlling the motion of the center of mass of the SKA and at the increase in the UAS KASK, in cases of a dangerous approach of the KA, the evasion corrections are carried out, which are simultaneous corrections of the longitude and eccentricity of the orbit.

3. Известен способ мониторинговой коллокации на геостационарной орбите (RU 2558959 С2). Согласно данному способу, включающему переводы векторов наклонения и эксцентриситета на границы разнесенных относительно друг друга областей прицеливания (областей допустимого изменения векторов наклонения и эксцентриситета), измерения параметров орбиты каждого космического аппарата (КА), определение по ним текущих значений орбитальных элементов каждого КА и проведение с помощью двигателей малой тяги коррекций периода обращения, наклонения и эксцентриситета орбиты, для организации автономной от СКА коллокации за время до приведения мониторингового КА (МКА) в заданную область удержания по широте (наклонению) и долготе по данным независимых траекторных измерений выявляют стратегию управления движением центра масс СКА, в процессе удержания уточняют положение центра области прицеливания по наклонению смежного КА, проведением коррекций наклонения вектор наклонения орбиты МКА в фазовой плоскости выставляют так, чтобы линия узлов орбиты МКА стала перпендикулярна линии узлов орбиты смежного КА и наклонение (imin) орбиты МКА относительно орбиты СКА составляло не менее (14-15) угл.с., проводят коррекции вектора эксцентриситета:3. A known method of monitoring collocation in geostationary orbit (RU 2558959 C2). According to this method, which includes translating the inclination and eccentricity vectors to the boundaries of aiming regions spaced apart from each other (areas of permissible variation of the inclination and eccentricity vectors), measuring the orbit parameters of each spacecraft (SC), determining from them the current values of the orbital elements of each spacecraft and using small thrust engines to correct the orbital period, inclination and eccentricity of the orbit, to organize collocation autonomous from the SCA before the reduction I monitoring spacecraft (MCA) in a given area of retention in latitude (inclination) and longitude according to independent trajectory measurements reveals the strategy for controlling the motion of the center of mass of the SCA, in the process of holding, specify the position of the center of the aiming area by the inclination of an adjacent SC, by making inclination corrections, the inclination vector of the orbit of the ICA set in the phase plane so that the line of nodes of the orbit of the MCA becomes perpendicular to the line of nodes of the orbit of the adjacent SC and the inclination (i min ) of the orbit of the MCA relative to the SCA orbit is at least (14 -15) arc.s., carry out the correction of the eccentricity vector:

- чтобы сумма эксцентриситетов орбит МКА и СКА составляла порядка 4⋅10-4;- so that the sum of the eccentricities of the orbits of the MCA and SKA is about 4 порядка10 -4 ;

- для удаления направления на перигей от направления на восходящий узел орбиты МКА на величину УР СКА;- to remove the direction to the perigee from the direction to the ascending node of the orbit of the ICA by the value of SD SKA;

- для поддержания такого положения перигея заданных пределах области прицеливания по эксцентриситету,- to maintain this position of the perigee within the specified limits of the aiming region for eccentricity,

проводят регулярные комплексные коррекции наклонения орбиты МКА:carry out regular complex correction of inclination of the orbit of the ICA:

- для поддержания прямого угла между линиями узлов орбит КА в заданных пределах области прицеливания по наклонению;- to maintain a right angle between the lines of the nodes of the orbits of the spacecraft in the specified limits of the aiming region by inclination;

- для устранения вековой составляющей ухода по наклонению;- to eliminate the age-old component of care for inclination;

- для превышения imin,- to exceed i min ,

проводят коррекции долготы (периода) для того, чтобы начало координат [ΔL;ΔR - соответственно отклонение вдоль орбиты и отклонение по радиус-вектору] совпадало в заданных пределах с центром эллипса дистанцирования от СКА, на МКА переопределяют центры областей прицеливания по наклонению и эксцентриситету орбиты МКА при корректировке стратегии управления движением центра масс СКА и при нарастании УР МКА и СКА, в случаях опасного сближения КА проводят коррекции уклонения, представляющие собой одновременные коррекции долготы и эксцентриситета орбиты.carry out corrections of longitude (period) so that the origin [ΔL; ΔR - respectively, the deviation along the orbit and the deviation along the radius vector] coincides within the specified limits with the center of the distance ellipse from the SKA, the centers of the aiming areas are redefined on the ICA according to the inclination and eccentricity of the orbit MCA, when adjusting the strategy for controlling the motion of the center of mass of the SKA and with an increase in the SD of the MCA and the SKA, in cases of a dangerous approach of the spacecraft, carry out deviation corrections, which are simultaneous corrections of longitude and eccentricity that orbit.

В основу аналога 2 и аналога 3 в части баллистического обеспечения положена концепция:The basis of analogue 2 and analogue 3 in terms of ballistic support is based on the concept of:

Figure 00000002
Figure 00000002

Баллистические сведения о смежных КА и задачу разнесения векторов наклонения и эксцентриситета в режиме автономной коллокации возможно получать и решать, например, по орбитальным данным от международной системы слежения за спутниками, раскрывающими тактику и стратегию удержания СКА.Ballistic information about adjacent spacecraft and the task of separating the inclination and eccentricity vectors in the autonomous collocation mode can be obtained and solved, for example, from the orbital data from the international satellite tracking system, revealing the tactics and strategy of holding the SCA.

Минимальное межспутниковое расстояние при выполнении условия (2) 8 км.The minimum inter-satellite distance under condition (2) is 8 km.

Ввиду того, что моменты прохождения аппаратами плоскости экватора разнесены на ~ 6 ч, КА не создают взаимных помех в работе.Due to the fact that the moments of passage of the equatorial plane by the devices are ~ 6 hours apart, the spacecraft do not create mutual interference in operation.

Автономная коллокация на принципах (2) позволяет также рассогласование по любому из условий (2) относительно номинала 90° до 25°.Autonomous collocation on the principles of (2) also allows a mismatch according to any of the conditions (2) with respect to the nominal value of 90 ° to 25 °.

Аналог 3 расходится с аналогом 2 баллистическим обеспечением, включающим использование в алгоритмическом представлении в отличие от годографов принудительной эволюции вектора наклонения в аналоге 2 эллипсов дистанцирования КАСК (МКА) от «чужого» КА в плоскости XY инерциальной геоцентрической системы координат.Analogue 3 diverges from analogue 2 with ballistic support, which includes the use in the algorithmic representation, in contrast to the hodographs, of the forced evolution of the inclination vector in analogue 2 of the ellipses of distance of the CASA (MCA) from the “alien” spacecraft in the XY plane of the inertial geocentric coordinate system.

И все же, в приведенных выше способах автономной коллокации необходима подстройка под текущие параметры орбиты СКА: УР СКА должен быть равен УР КАСК.And yet, in the above methods of autonomous collocation, adjustment is required for the current parameters of the SKA orbit: SD SKA should be equal to SD KASK.

4. Из уровня техники известен способ коллокации разнесением двух КА по гринвичской долготе, который можно отнести к способам автономной коллокации. С помощью двигателей малой тяги проводят коррекции удержания КА по гринвичской долготе, эксцентриситету и широте (наклонению). Данный способ взят за прототип. Достоинством прототипа является (при существовании буферной зоны порядка не менее суммарной погрешности знания текущего положения обоих КА по долготе по наихудшему варианту) практически полная независимость КА друг от друга. Остается необходимость в нахождении «соседа» (КАСК) на долготной дистанции от СКА, оговоренной рекомендациями Международного союза электросвязи. Прототип предполагает, что оба КА добровольно делят между собой номинальную область удержания по долготе примерно на равные части. Недостатками прототипа являются слишком узкая в итоге область удержания по долготе для каждого из КА и, как следствие, повышенный расход топлива на коррекции уклонения и повышенные риски критического сближения аппаратов, либо невозможность гарантированного разнесения по долготе. В данной области по долготе могут находиться уже не один, и не два СКА. Реализуемость способа при существующих плотностях заселения ГСО КА маловероятна. Однако если для каждого из двух КА область удержания по долготе составит ±0,05°, функционирование каждого их них на своих рабочих позициях будет успешным.4. The prior art method of collocation by spacing two SC on the Greenwich longitude, which can be attributed to methods of autonomous collocation. Using thrusters, spacecraft retention corrections are carried out according to Greenwich longitude, eccentricity and latitude (inclination). This method is taken as a prototype. The advantage of the prototype is (if there is a buffer zone of the order of no less than the total error of knowing the current position of both spacecraft in longitude according to the worst case scenario), the spacecraft is almost completely independent of each other. There remains a need to find a “neighbor” (CASK) at the longitude distance from the SKA, as agreed upon by the recommendations of the International Telecommunication Union. The prototype suggests that both spacecraft voluntarily divide among themselves the nominal area of retention in longitude into approximately equal parts. The disadvantages of the prototype are, as a result, the area of longitude retention for each spacecraft is too narrow and, as a result, the increased fuel consumption for the avoidance correction and the increased risks of critical convergence of the vehicles, or the impossibility of guaranteed diversity in longitude. In this area by longitude, there can already be more than one, and not two SKA. The feasibility of the method at the existing population densities of the GSO spacecraft is unlikely. However, if for each of the two spacecraft the retention area in longitude is ± 0.05 °, the functioning of each of them at their working positions will be successful.

Для заявленного способа автономной коллокации на околостационарной орбите выявлены основные общие существенные признаки, такие как измерения параметров орбиты каждого КА; определение по ним текущих значений орбитальных элементов каждого КА и проведение с помощью двигателей малой тяги коррекций периода обращения, наклонения и эксцентриситета орбиты; за время до приведения КАСК в заданную область удержания по долготе и широте (наклонению) - по данным независимых траекторных измерений выявление стратегии управления движением центра масс СКА; отнесение рабочей позиции (центра области удержания по долготе) КАСК за область удержания по долготе СКА.For the claimed method of autonomous collocation in a near-stationary orbit, the main common essential features are revealed, such as measurements of the orbit parameters of each spacecraft; determination by them of the current values of the orbital elements of each spacecraft and the use of small thrust engines to correct the period of revolution, inclination and eccentricity of the orbit; for the time before the CASK was brought into the specified retention area in longitude and latitude (inclination) - according to the data of independent trajectory measurements, the identification of the strategy for controlling the motion of the center of mass of the SKA; assignment of a working position (the center of the longitude retention area) of KASK to the SKA longitude retention area.

Технической проблемой изобретения является создание способа коллокации, полностью свободного от эволюций параметров орбиты смежного КА. Поставленная проблема решается тем, чтоThe technical problem of the invention is the creation of a collocation method completely free of evolution of the orbit parameters of an adjacent spacecraft. The problem posed is solved by the fact that

1. Способ автономной коллокации на околостационарной орбите, включающий измерения параметров орбиты каждого КА, определение по ним текущих значений орбитальных элементов каждого КА и проведение с помощью двигателей малой тяги коррекций периода обращения, наклонения и эксцентриситета орбиты, за время до приведения КАСК в заданную область удержания по долготе и широте (наклонению) -по данным независимых траекторных измерений выявление стратегии управления движением центра масс СКА, отнесение рабочей позиции (центра области удержания по долготе) КАСК за область удержания по долготе СКА, отличается тем, что в процессе приведения на рабочую позицию и подготовки к функционированию КАСК по целевому назначению наклонение орбиты КАСК доводят до величины imin, рассчитываемой по формуле:1. A method of autonomous collocation in a near-stationary orbit, including measuring the orbital parameters of each spacecraft, determining from them the current values of the orbital elements of each spacecraft and performing correction of the orbital period, inclination and eccentricity of the orbit with the help of small thrust engines, before the CASC is brought into the specified holding area in longitude and latitude (inclination) - according to independent trajectory measurements, identifying a strategy for controlling the motion of the center of mass of SKA, assigning a working position (center of the retention area for longitude) KASK for the SKA longitude retention area, characterized in that in the process of bringing to a working position and preparing for the operation of the KASK for the intended purpose, the inclination of the KASK orbit is adjusted to the value i min calculated by the formula:

Figure 00000003
Figure 00000003

где imin - минимальное допустимое наклонение орбиты КАСК;where i min is the minimum permissible inclination of the orbit;

RГСО - радиус номинальной ГСО, 42164 км;R GSO - radius of the nominal GSO, 42164 km;

Figure 00000004
- максимальное наклонение орбиты СКА;
Figure 00000004
- maximum inclination of the SKA orbit;

emax - максимальный допустимый эксцентриситет орбиты КАСК;e max - the maximum allowable eccentricity KASK;

Dz - буферная зона по долготе между областями удержания КАСК и СКА, км;D z - longitude buffer zone between the KASK and SKA retention areas, km;

Sz - номинальная зона отчуждения, км,S z - nominal exclusion zone, km,

при этом imin не меньше наклонения

Figure 00000004
совмещают линию узлов с линией апсид орбиты КАСК, приводят КАСК в находящуюся рядом с областью рабочей позиции СКА область рабочей позиции по долготе с параметрами:while i min is not less than the inclination
Figure 00000004
combine the line of nodes with the apses line of the KASK orbit, bring the KASK to the area of the working position in longitude located near the area of the SKA working position with the parameters:

- ширина области удержания по средней гринвичской долготе ±(1-1,5) минуты;- the width of the retention area according to the average Greenwich longitude ± (1-1.5) minutes;

- зазор между областями по долготе КАСК и СКА - Dz/RГСО,- the gap between the regions in longitude KASK and SKA - D z / R GSO ,

начальную целевую точку по вектору эксцентриситета E1х=0; ey=emax] меняют на Е2х=0; еу=-emax], совмещенными коррекциями орбиты поддерживают в заданных диапазонах наклонение, среднюю гринвичскую долготу, эксцентриситет и угол рассогласования линий узлов и апсид орбиты КАСК в течение всего срока активного существования на рабочей позиции, в течение этого срока регулярно чередуют целевые точки: Е2, Е1, Е2, ….the initial target point for the eccentricity vector E 1 [e x = 0; e y = e max ] is changed to E 2 [e x = 0; e y = -e max ], with combined orbit corrections, the inclination, the average Greenwich longitude, the eccentricity and the angle of the mismatch of the lines of the nodes and the apse of the KASK orbit during the entire period of active existence at the working position are maintained in the specified ranges, during which time the target points alternate: E 2 , E 1 , E 2 , ....

2. Способ автономной коллокации по п. 1, отличается тем, что при emax>3еуст, где еуст - модуль вектора устойчивого эксцентриситета, при котором можно, совместив конец его вектора с направлением на Солнце, получить гелиосинхронное движение этого вектора, коррекции вектора эксцентриситета проводят, чтобы устранить только вековой угловой дрейф линии апсид относительно векового углового дрейфа линии узлов орбиты КАСК.2. The method of autonomous collocation according to claim 1, characterized in that for e max > 3e mouth , where e mouth is the module of the stable eccentricity vector, in which, by combining the end of its vector with the direction to the Sun, we can obtain the heliosynchronous movement of this vector, correction eccentricity vectors are carried out in order to eliminate only the secular angular drift of the apse line relative to the secular angular drift of the line of KASK orbit nodes.

Средняя гринвичская долгота - это среднее из гринвичских долгот перигея и апогея орбиты КАСК.The average Greenwich longitude is the average of the Greenwich longitudes of perigee and apogee of the KASK orbit.

Вероятно, еще на стадии разработки документации по КА будут известны условия удержания КАСК на рабочей позиции. Если нет, то смену стратегии удержания на ГСО можно будет произвести на этапе подготовки КА к штатной работе без какого-либо ущерба. Более того, перевод геостационарного КА в статус геосинхронного экономит топливо за счет вычета коррекций наклонения, требуемых на этапах довыведения на ГСО геостационарных КА и приведения их на рабочую позицию, при уменьшении реализованного начального наклонения до практического нуля.Probably, at the stage of developing documentation for the spacecraft, the conditions for retaining the CASK in a working position will be known. If not, then the change of retention strategy to GSO can be done at the stage of preparing the spacecraft for regular operation without any damage. Moreover, transferring a geostationary spacecraft to geosynchronous status saves fuel by deducting the inclination corrections required at the stages of bringing geostationary spacecraft to GSO and bringing them to a working position, while reducing the implemented initial inclination to practical zero.

Номинальная зона отчуждения - это оговоренное международным регламентом минимальное расстояние между КА. В настоящее время Sz составляет 10 км.The nominal exclusion zone is the minimum distance between the spacecraft specified by international regulations. Currently, S z is 10 km.

На фиг. 1 показана принципиальная пространственная схема коллокации, на фиг. 2 приведена суточная эволюция КАСК в фазовой плоскости [L;ϕ] при условии:In FIG. 1 shows a schematic spatial diagram of a collocation, in FIG. Figure 2 shows the daily evolution of CASC in the phase plane [L; ϕ] provided:

Figure 00000005
Figure 00000005

Введены следующие обозначения:The following notation is introduced:

1 - смежная с областью удержания СКА граница области удержания по долготе (ОУД) КАСК;1 - adjacent to the SKA retention area; boundary of the KASK longitude retention area (OAD);

2 - трасса КАСК в фазовой плоскости [L;ϕ] на границах ОУД;2 - KASK track in the phase plane [L; ϕ] at the boundaries of the EAL;

3 - граница ОУД КАСК с учетом эксцентриситета его орбиты.3 - the boundary of the OAS KASK taking into account the eccentricity of its orbit.

Конечно, реальные трассы (фиг. 2) отличаются от показанной на фиг. 1. Долгота за счет изменения [аргумента] широты КА (u=ϕ):Of course, the actual paths (FIG. 2) differ from that shown in FIG. 1. Longitude due to a change in [argument] of the latitude of the spacecraft (u = ϕ):

Figure 00000006
Figure 00000006

изменяется нелинейно, но эта нелинейность на широтах ±0,1° пренебрежимо мала. Вообще, можно не учитывать колебания по долготе за счет наклонения и эксцентриситета. Последнее возможно ввиду того, что выход по долготе из рабочей области стояния на широтах, превышающих установленную норму для геостационарных КА, не следует считать нарушением международного регламента, поскольку в определенное время на витке геосинхронный КА находится в неоговоренном регламентом пространстве и реально никому не мешает.varies nonlinearly, but this nonlinearity at latitudes ± 0.1 ° is negligible. In general, it is possible to ignore fluctuations in longitude due to inclination and eccentricity. The latter is possible in view of the fact that the longitude exit from the working area of standing at latitudes exceeding the established norm for geostationary spacecraft should not be considered a violation of international regulation, since at some time in the turn the geosynchronous spacecraft is in an unconfined space of regulations and does not really hinder anyone.

Минимальная буферная зона Dz (фиг. 1) для номинальных ОУД ±0,1° относительно рабочей позиции оставляет порядка 12,3 км (1 минута), минимальная разница (Dz - Sz) равна 2,3 км, и при

Figure 00000007
равном 0,1° будем иметь в градусах imin=3666,67⋅emax.The minimum buffer zone D z (Fig. 1) for nominal OUD ± 0.1 ° relative to the working position leaves about 12.3 km (1 minute), the minimum difference (D z - S z ) is 2.3 km, and at
Figure 00000007
equal to 0.1 ° we will have in degrees i min = 3666.67⋅e max .

На фиг. 1 представлена схема коллокации, в строгом понимании, геосинхронного КА (это КАСК) и геостационарного КА (СКА). Величину

Figure 00000008
отрицая всякую адаптацию к стратегии удержания СКА, можно заменить на рекомендуемую величину максимального наклонения для геостационарного (но не геосинхронного) КА imax равную 0,1°. Конечно, если СКА - это геостационарный КА.In FIG. Figure 1 shows the collocation scheme, in the strict sense, of a geosynchronous spacecraft (this is KASK) and a geostationary spacecraft (SKA). Magnitude
Figure 00000008
Denying any adaptation to the SKA retention strategy, it is possible to replace the recommended maximum inclination for the geostationary (but not geosynchronous) spacecraft i max equal to 0.1 °. Of course, if the SKA is a geostationary spacecraft.

Минимизация расхождения линии узлов и линии апсид обязательна и является основным отличительным признаком изобретения. Без минимизации ω трассы КА в фазовой плоскости [L;ϕ] не будут такими, как показано на фиг. 2, а будут «гулять» по всей области удержания и регулярно на суточном интервале заходить в область СКА (фиг. 1). Ограничение на величину УР то же, что и для выполнения условия (2) в способах-аналогах - порядка ±(25-30) градусов относительно нуля. Чтобы линии апсид и узлов КАСК были в приемлемо совпадающем положении (то есть (Ω+ω) ≈ Ω), необходимо управлять аргументом широты КАСК, так как коррекции вектора эксцентриситета орбиты КАСК в части изменения ω значительно эффективнее коррекций вектора наклонения в части изменения Ω (потому что реальный эксцентриситет значительно меньше реального наклонения в радианах).Minimization of the discrepancy between the line of nodes and the line of apse is mandatory and is the main distinguishing feature of the invention. Without minimizing ω, the spacecraft paths in the phase plane [L; ϕ] will not be as shown in FIG. 2a, they will “walk” across the entire area of retention and regularly enter the SKA area at a daily interval (Fig. 1). The limitation on the value of SD is the same as for the fulfillment of condition (2) in the analogous methods — of the order of ± (25-30) degrees relative to zero. In order for the apse lines and CASK nodes to be in an acceptable coincident position (i.e. (Ω + ω) ≈ Ω), it is necessary to control the CASC latitude argument, since the corrections of the eccentricity vector of the CACS orbit with respect to the change in ω are much more effective than the corrections of the inclination vector with respect to the change in Ω ( because the real eccentricity is much less than the real inclination in radians).

Изобретение использует два способа коррекции вектора эксцентриситета.The invention uses two methods for correcting the eccentricity vector.

Способ 1. Стремление к выбранной целевой точке.Method 1. Striving for the selected target point.

На этапе удержания при выбранном emax начальную достигнутую целевую точку [ех=0; еу=emax], где ех=e⋅cos(Ω+ω); еу=e⋅sin(Ω+ω), меняют на противоположную точку [ех=0; еу=-emax]. Далее, по достижении

Figure 00000009
выбранной целевой точки, ее меняют на противоположную. Тем самым, значительную часть времени КАСК по средней долготе будет находиться «глубоко» в своей ОУД.In step retaining at selected e max reached the initial target point [e x = 0; e y = e max ], where e x = e⋅cos (Ω + ω); e y = e⋅sin (Ω + ω), change to the opposite point [e x = 0; e y = -e max ]. Next, upon reaching
Figure 00000009
the selected target point, it is reversed. Thus, a significant part of the average longitude CASK will be “deep” in its OUD.

Используют при emax ≤ 3еуст, где еуст - модуль вектора устойчивого эксцентриситета (Приложение 1).Used for e max ≤ 3e mouth , where e mouth is the module of the vector of stable eccentricity (Appendix 1).

В способе 1 одним из выбранных двигателей малой тяги, схема расположения которых позволяет проводить регулярную трехпараметрическую совмещенную коррекцию

Figure 00000010
коррекции проводят со стремлением к целевым точкам (средним позициям). За редким исключением, дополнительных затрат на удержание по средней долготе и эксцентриситету не требуется. В случае неблагоприятного расположения двигателей коррекции, разворот ω на 25° будет иметь статус самостоятельной коррекции вектора эксцентриситета. При е равном (0,0002-0,00065), - наиболее распространенном в области ±(0,05-0,1) градуса, на поворот аргумента широты перигея на 25° потребуется (0,133-0,433) м/с приращения характеристической скорости. Изменение на (25-30) градусов происходит при е равном 0,0002 минимум за 14 суток и за 22 суток в среднем за год. При устранении УР удержание скоро сведется к удержанию ω при е ≈ еуст, и периодичность коррекций ω увеличится до минимум 30 суток. Это хорошая перспектива, вписывающаяся в строку топливного бюджета по затратам на коррекции удержания по долготе, если говорить о самостоятельной коррекции эксцентриситета. Суточная норма времени работы двигателя малой тяги 8 Гс составляет до 3 ч, что составляет (при массе КАСК порядка 2500 кг) до 0,338 м/с.Этого ресурса работы в суточном цикле из двух коррекций через 12 ч вполне хватит на разворот
Figure 00000011
даже при модуле эксцентриситета порядка 0,0006: УР может составить 25° за 35 суток минимум и за 55 суток в среднем за год.In method 1, one of the selected thrusters, the layout of which allows regular three-parameter combined correction
Figure 00000010
corrections are carried out with the desire for target points (middle positions). With rare exceptions, additional retention costs for medium longitude and eccentricity are not required. In the case of an unfavorable arrangement of correction engines, a ω turn of 25 ° will have the status of self-correction of the eccentricity vector. If it is equal to (0.0002-0.00065), the most common in the range of ± (0.05-0.1) degrees, a rotation of the perigee latitude argument by 25 ° will require (0.133-0.433) m / s of the characteristic velocity increment . A change of (25-30) degrees occurs when e is 0.0002 for at least 14 days and for 22 days on average per year. With the elimination of SD, the retention will soon be reduced to the retention of ω at e ≈ e mouth , and the frequency of corrections ω will increase to a minimum of 30 days. This is a good prospect that fits into the line of the fuel budget for the costs of correcting longitude retention, if we talk about self-correction of eccentricity. The daily operating time of an 8 G small-thrust engine is up to 3 hours, which is (with a KASK weight of about 2500 kg) up to 0.338 m / s. This working resource in the daily cycle of two corrections after 12 hours is quite enough to turn
Figure 00000011
even with an eccentricity module of the order of 0.0006: SD can be 25 ° in 35 days at least and in 55 days on average per year.

При любом эксцентриситете затраты характеристической скорости на разворот УР в 25° составят не более 2,3 м/с/год.With any eccentricity, the costs of the characteristic velocity for a U-turn of 25 ° will be no more than 2.3 m / s / year.

Способ 2. Коррекция векового дрейфа ω относительно векового дрейфа Ω.Method 2. Correction of the secular drift ω with respect to the secular drift Ω.

Нецентральность гравитационного поля Земли является единственной причиной векового вращения линии узлов (минус 4,9 градуса/год относительно направления вращения Земли) и линии апсид (плюс 9,8 градусов/год). Потребуется всего лишь одна-две коррекции УР за два года, и то - в случае неблагоприятного расположения двигателей коррекции относительно осей связанной с КА системы координат (ССК).The noncentrality of the Earth’s gravitational field is the only reason for the secular rotation of the line of nodes (minus 4.9 degrees / year relative to the direction of rotation of the Earth) and the line of apses (plus 9.8 degrees / year). Only one or two SD corrections will be required in two years, and then in the case of an unfavorable location of the correction engines relative to the axes of the coordinate system associated with the spacecraft (SCS).

Используют при emax > 3еуст. Реализация способа 2 исключает периодические колебания УР с амплитудой более (25-30) градусов.Use with e max > 3rd mouth . The implementation of method 2 eliminates periodic fluctuations of the SD with an amplitude of more than (25-30) degrees.

Итак, суть изобретения сводится к максимальному уменьшению ОУД за счет исключения из нее коротко- и долгопериодических колебаний за счет наличия какого бы то ни было эксцентриситета орбиты КАСК, и распространению этих колебаний на область пространства, где они не являются критичными.So, the essence of the invention boils down to the maximum reduction of the EAS due to the exclusion of short- and long-period oscillations from it due to the presence of any eccentricity of the KASK orbit, and the propagation of these oscillations to the region of space where they are not critical.

В плане слежения за КА на ОСО представим, что антенна земной станции (ЗС) осью своей диаграммы направленности (ДН) наведена на центр рабочей области удержания КА. В том случае, когда КА совершает дрейф (др) по широте в пределах ширины ДН ±Θдр=±Δϕдр, то для ЗС необходимость в слежении за КА отсутствует.In terms of tracking the spacecraft at the CCA, imagine that the antenna of the earth station (AP) with the axis of its radiation pattern (NAM) is pointing to the center of the working area of the spacecraft retention. In the case when the spacecraft makes a drift ( dr ) in latitude within the limits of the beam width ± Θ dr = ± Δϕ dr , then for the ZS there is no need to track the spacecraft.

Ширина ДН антенны обычно измеряется по уровню половинной мощности и обозначается Θ0,5. Тогда отсутствие необходимости в слежении за КА соответствует условию:The antenna beam width is usually measured at half power and is Θ 0.5 . Then the absence of the need for tracking the spacecraft meets the condition:

Figure 00000012
Figure 00000012

при этом ширина ДН антенны выражается через ее диаметр D и длину волны λ какthe width of the antenna bottom is expressed in terms of its diameter D and wavelength λ as

Figure 00000013
Figure 00000013

В радиолиниях командно-измерительных систем (КИС) используют частоты [4-6] ГГц, что соответствует λ (0,05-0,075) м, и при ширине Θдр равной 2° условие (6) с учетом условия (7) будет выполняться при D меньшем или равном 17,5 λ, то есть (0,875-1,300) м. В реальности антенны ЗС КИС имеют значительно большие размеры (равно - более узкие ДН). Поэтому на ЗС КИС слежение обеспечивать необходимо. С другой стороны, на борту КА антенны КИС имеют очень широкие ДН (не менее 70°), и устройствами автоматического наведения их не оборудуют.In radio lines of command-measuring systems (CIS), frequencies [4-6] GHz are used, which corresponds to λ (0.05-0.075) m, and with a width of Θ dr equal to 2 °, condition (6), taking into account condition (7), will be satisfied when D is less than or equal to 17.5 λ, that is (0.875-1.300) m. In reality, the antennas of the SIS KIS are significantly larger (equally narrower DNs). Therefore, tracking is necessary at the SIS KIS. On the other hand, onboard the spacecraft, KIS antennas have very wide MDs (at least 70 °), and they are not equipped with automatic guidance devices.

В отношении ЗС связи. Размер антенн таких ЗС будет определяться энергетическими соотношениями в радиолинии, необходимыми для передачи информации с заданными скоростью и качеством. С большой вероятностью размер антенн окажется

Figure 00000014
чем это необходимо для выполнения условия (7), то есть система слежения на ЗС связи будет необходима. Бортовые антенны связи устройствами автоматического наведения не оборудуют. С точки зрения реализации радиолиний для обмена связной информацией, опыт разработок КА с дрейфом по широте ±5° и более показывает, что в процессе перемещения КА центральные земные станции не выходят за пределы зоны обслуживания, формируемой бортовой антенной с шириной луча от 2 до 3 градусов, поскольку при движении по широте поддерживается штатная ориентация оси минус X и оси Y ССК, и, из рассмотрения геометрии положения бортового луча связи, следует достаточность отклонения наземной антенны от центра рабочей области в меридианальной плоскости ЗС наземной антенны на угол γ=(ϕ+Δγ), Δγ - линейный доворот угла γ в меридианальной плоскости ЗС, равен 0,178 ϕ: при изменении широты КА на 1 градус Δγ изменится на 10,7 минут. Те же угловые минуты вообще требуются для полного совмещения центра ДН бортовой антенны с центром ДН антенны ЗС. Но при ширине ДН Θ0,5 бортовой антенны даже в 1° ее доворот на 10,7 минут не требуется.In relation to AP communications. The size of the antennas of such APs will be determined by the energy ratios in the radio line necessary for transmitting information with a given speed and quality. With a high probability, the size of the antennas will be
Figure 00000014
than it is necessary to fulfill condition (7), that is, a tracking system on the CC of communication will be necessary. Onboard communication antennas are not equipped with automatic guidance devices. From the point of view of implementing radio links for the exchange of connected information, the experience of developing spacecraft with a drift of latitude of ± 5 ° or more shows that in the process of moving the spacecraft, central earth stations do not go beyond the service area formed by an onboard antenna with a beam width of 2 to 3 degrees since the standard orientation of the minus X axis and the SSK axis Y is maintained when moving along the latitude, and, considering the geometry of the position of the onboard communication beam, the sufficiency of the deviation of the ground antenna from the center of the working area in the meridian plane LC terrestrial antenna spine at an angle γ = (φ + Δγ), Δγ - linear dovorot angle γ in the meridian plane of the AP is equal to 0,178 φ: latitude when changing SC 1 degree change Δγ 10.7 minutes. The same angular minutes are generally required for the full alignment of the center of the beam antenna of the onboard antenna with the center of the beam antenna of the AP. But with a beam width Θ 0.5 of the on-board antenna, even at 1 °, a 10.7-minute turn-over is not required.

ОПУ - опорно-поворотное устройство, предназначено для углового перемещения направления максимального излучения (приема) антенны ЗС. ОПУ ([1] Фролов О.П. Антенны для земных станций спутниковой связи. М., «Радио и связь»,2000 г., стр. 94-100) должны обеспечивать, кроме прочего, реализацию режима наведения на КА (если совсем конкретно, - на ретранслятор КА, прим. автор.) и его автосопровождение. Основными параметрами ОПУ являются предельные значения угловых перемещений максимума ДН и скорости угловых перемещений. В состав ОПУ включен процессор, анализирующий уровень сигнала при пошаговом перемещении луча антенны ЗС, который выдает команды на корректировку эволюции луча согласно уровню сигнала так, чтобы каждый раз принимался с КА более сильный сигнал, чем тот, который принимался на предыдущем шаге.OPU - rotary support device, designed for angular displacement of the direction of maximum radiation (reception) of the AP antenna. OPU ([1] Frolov OP Antennas for earth stations of satellite communications. M., Radio and Communications, 2000, pp. 94-100) should provide, among other things, the implementation of the guidance mode on the spacecraft (if at all specifically, to the spacecraft repeater, author's note.) and its auto tracking. The main parameters of the control system are the limiting values of the angular displacements of the maximum of the beam and the velocity of angular displacements. The control system includes a processor that analyzes the signal level during step-by-step movement of the beam of the antenna antenna, which gives commands for adjusting the evolution of the beam according to the signal level so that each time a stronger signal is received from the SC than that which was received in the previous step.

В [1], стр. 95 говорится: «После того как спутниковая связь окончательно перешла на работу с ретрансляторами, расположенными на ГСО (речь идет исключительно о геостационарных КА, прим. автор.), основным элементом перемещения зеркал антенн ЗС стал электромеханический привод в виде винтового толкателя. Это устройство преобразует вращательное движение электродвигателя в линейное изменение длины винта привода. Так как в ОПУ используется малые передаточные числа преобразователя вращения в поступательное движение, то даже при использовании маломощных электродвигателей привод обеспечивает нужные усиления для перемещения зеркала, правда, при небольших скоростях». Но больших скоростей (а это скорости порядка (1-2) градуса/с) на ГСО и ГСхО и не надо.In [1], p. 95 it says: “After satellite communications finally switched to work with repeaters located on the GSO (we are talking exclusively about geostationary spacecraft, author's note), the electromechanical drive in the form of a screw pusher. This device converts the rotational movement of the electric motor into a linear change in the length of the drive screw. Since the control gear uses small gear ratios of the rotation to translational converter, even when using low-power electric motors, the drive provides the necessary amplifications for moving the mirror, however, at low speeds. ” But high speeds (and these are speeds of the order of (1-2) degrees / s) on GSO and GShO are not necessary.

Описание ОПУ из [1] приведено здесь, чтобы показать, что автослежение антенн ЗС КИС и ЗС связи в настоящее время - обычная практика и, следовательно, заявленный способ коллокации не требует дополнительных серьезных затрат на установку антенных систем с электроприводами для точного наведения антенн на объект связи.The description of the control board from [1] is given here to show that the auto-tracking of AP KIS and AP communication antennas is currently a common practice and, therefore, the claimed method of collocation does not require additional serious costs for installing antenna systems with electric drives for precise antenna pointing to the object communication.

Предлагаемое изобретение имеет ограничение: в каждой из рядом находящихся областей долгот ГСО не могут находиться по геосинхронному КА.The present invention has a limitation: in each of the adjacent areas of longitudes, GSOs cannot be located along a geosynchronous spacecraft.

Предлагаемый способ автономной коллокации на ОСО позволяет не только в 4-5,9 раз (с ± 0,1 градуса до ± (0,017-0,025) градуса) сократить ширину ОУД для целей автономной (и «дружественной», то есть согласованной) коллокации, но и пересмотреть, ввиду перенаселенности уникальной ГСО, международный регламент (рекомендации) по удержанию КА на ОСО в части возможности долготной коллокации геосинхронных и практически геостационарных КА с уже находящимися на ОСО геостационарными КА.The proposed method of autonomous collocation at the CCA allows not only 4-5.9 times (from ± 0.1 degrees to ± (0.017-0.025) degrees) to reduce the width of the EAL for the purposes of autonomous (and "friendly", that is, consistent) collocation, but also to review, in view of the overpopulation of the unique GSO, the international regulation (recommendations) on retaining spacecraft at the CCA regarding the possibility of long-term collocation of geosynchronous and practically geostationary spacecraft with geostationary spacecraft already on the CCA.

Годограф вектора эксцентриситетаHodograph of the eccentricity vector

Влияние малого импульса скорости (приращения скорости за секунду)

Figure 00000015
на эксцентриситет е и аргумент широты перигея ω описывается соотношениями [1], К. Эрике «Космический полет», т. II, часть 1, стр. 388 (см. фиг. 3, цифрами на которой обозначены: 4 - Солнце; 5 - Земля; 6 - КА; 7- орбита КА на текущую эпоху; 8 - перигей орбиты КА; 9 - орбита КА в эпоху, когда центр Земли, перигей и Солнце находятся на одной линии; 10 - радиус большого круга еуст), учитывающими тангенциальное и нормальное возмущения в плоскости орбиты:The effect of a small speed pulse (speed increments per second)
Figure 00000015
on eccentricity e and the argument of the latitude of perigee ω is described by the relations [1], K. Erica “Space Flight”, vol. II, part 1, p. 388 (see Fig. 3, the numbers on which indicate: 4 - the Sun; 5 - Earth; 6 - spacecraft; 7 - spacecraft orbit for the current era; 8 - spacecraft orbit perigee; 9 - spacecraft orbit in an era when the center of the Earth, perigee and the Sun are on the same line; 10 - radius of a large circle e mouth ), taking into account the tangential and normal disturbances in the orbit plane:

Figure 00000016
Figure 00000016

Figure 00000017
Figure 00000017

где ϑ - средняя скорость движения КА, 3074 м/с;where ϑ - the average speed of the spacecraft, 3074 m / s;

η=α-θ - истинная аномалия;η = α-θ is the true anomaly;

θ - угол между направлением на Солнце и на перигей орбиты КА.θ is the angle between the direction to the Sun and to the perigee of the spacecraft orbit.

Тогда, подставляя выражение η в (3) и используя формулы разности двух углов, получаем:Then, substituting the expression η in (3) and using the formulas of the difference of two angles, we obtain:

Figure 00000018
Figure 00000018

Первое слагаемое, как минимум, на два порядка меньше остальных и не является постоянным членом, тогдаThe first term is at least two orders of magnitude smaller than the rest and is not a constant member, then

Figure 00000019
Figure 00000019

При θ=0When θ = 0

Figure 00000020
Figure 00000020

Аналогично рассуждая, будем иметь для скорости движения (аргумента широты) перигея:Arguing in a similar way, we will have perigee for the speed of movement (latitude argument):

Figure 00000021
Figure 00000021

При θ=0When θ = 0

Figure 00000022
Figure 00000022

Далее,Further,

Figure 00000023
Figure 00000023

где

Figure 00000024
Where
Figure 00000024

Figure 00000025
- среднее движение Солнца, с-1,
Figure 00000025
- the average movement of the Sun, s -1 ,

тогдаthen

Figure 00000026
Figure 00000026

Figure 00000027
Figure 00000027

Интегрируем на сутках (на витке):We integrate on a daily basis (on a revolution):

Figure 00000028
Figure 00000028

при θ=0 Δeсут=0;at θ = 0 Δe day = 0;

Figure 00000029
Figure 00000029

при θ=0at θ = 0

Figure 00000030
Figure 00000030

Дадим оценку

Figure 00000031
. Световое давление описывается формулойWe give an estimate
Figure 00000031
. Light pressure is described by the formula

Figure 00000032
Figure 00000032

где S - мощность световой волны, падающей на 1 м2 поверхности тела, вт/м2;where S is the power of the light wave incident on 1 m 2 the surface of the body, W / m 2 ;

А - коэффициент отражения (A=0 для абсолютно черного тела);A is the reflection coefficient (A = 0 for a completely black body);

с - скорость света, км/с.s is the speed of light, km / s.

S=1,4⋅103вт/м2.S = 1.4⋅10 3 W / m 2 .

Значение А зависит от отражающей способности деталей конструкции КА и в контексте данного технического решения должно включать (условно) гравитационное воздействие Солнца как «±» относительно положения, когда вектор Лапласа направлен на Солнце. Для реальных КА на высоте стационарной орбиты значения А находятся в пределах [0,28-0,44]. Исходя из А=0,44, будем иметь Р равное 6,72⋅10-6 н/м2. Поскольку сила светового давления F=S'⋅P, где S' - площадь миделевого сечения, тоThe value of A depends on the reflectivity of the details of the spacecraft construction and in the context of this technical solution should include (conditionally) the gravitational influence of the Sun as "±" relative to the position when the Laplace vector is directed at the Sun. For real spacecraft at the height of the stationary orbit, the values of A are in the range [0.28-0.44]. Based on A = 0.44, we will have P equal to 6.72⋅10 -6 n / m 2 . Since the light pressure force is F = S'⋅P, where S 'is the mid-sectional area, then

Figure 00000033
Figure 00000033

Отношение

Figure 00000034
для современных отечественных КА более или менее постоянно и равно порядка (2,3-2,6)⋅10-2. Тогда, к примеру, при k=0,0259
Figure 00000035
Attitude
Figure 00000034
for modern domestic spacecraft, it is more or less constant and equal to the order of (2.3-2.6) ⋅10 -2 . Then, for example, with k = 0.0259
Figure 00000035

Как показывает численное интегрирование, период цикличности для эксцентриситета составляет несколько больше года - порядка 390 суток. Подстановка

Figure 00000036
в уравнение (13) дает при
Figure 00000037
значение е=еуст порядка 0,00045, то есть для того, чтобы скорость движения перигея равнялась скорости движения Солнца, необходимо иметь устойчивый эксцентриситет. Оригинальный вывод формул (11-13) приведен для раскрытия сущности понятия устойчивого эксцентриситета. Энергозатраты на поддержание еуст практически отсутствуют.As numerical integration shows, the cycle period for eccentricity is slightly more than a year - about 390 days. Substitution
Figure 00000036
into equation (13) gives for
Figure 00000037
the value of e = e mouth is of the order of 0.00045, that is, in order for the speed of movement of the perigee to be equal to the speed of movement of the Sun, it is necessary to have a stable eccentricity. The original conclusion of formulas (11-13) is given to reveal the essence of the concept of stable eccentricity. Energy costs for maintaining e mouth are practically absent.

Claims (13)

1. Способ автономной коллокации на околостационарной орбите, включающий измерения параметров орбиты и определение по ним текущих значений орбитальных элементов каждого космического аппарата (КА), проведение с помощью двигателей малой тяги коррекций периода обращения, наклонения и эксцентриситета орбиты, выявление за время до приведения КА с самоколлокацией (КАСК) в заданную область удержания по долготе и широте (наклонению) по данным независимых траекторных измерений стратегии управления движением центра масс смежного КА (СКА), отнесение рабочей позиции (центра области удержания по долготе) КАСК за область удержания по долготе СКА, отличающийся тем, что в процессе приведения на рабочую позицию и подготовки к функционированию КАСК по целевому назначению наклонение орбиты КАСК доводят до величины imin, рассчитываемой по формуле:1. A method of autonomous collocation in a near-stationary orbit, including measuring the parameters of the orbit and determining from them the current values of the orbital elements of each spacecraft (SC), using small-thrust engines to correct the period of revolution, inclination and eccentricity of the orbit, detecting the time before the spacecraft is brought in from self-collocation (CASK) to a given area of confinement by longitude and latitude (inclination) according to independent trajectory measurements of the strategy for controlling the motion of the center of mass of an adjacent SC (SCA), assigned the working position (center of the longitude retention area) of KASK for the SKA longitude retention area, characterized in that in the process of bringing to the working position and preparation for the operation of the KASK for the intended purpose, the inclination of the KASK orbit is adjusted to the value of i min calculated by the formula:
Figure 00000038
Figure 00000038
где imin - минимальное допустимое наклонение орбиты КАСК;where i min is the minimum permissible inclination of the orbit; RГСО - радиус номинальной ГСО, равный 42164 км;R GSO - radius of the nominal GSO equal to 42164 km;
Figure 00000039
- максимальное наклонение орбиты СКА;
Figure 00000039
- maximum inclination of the SKA orbit;
Figure 00000040
- максимальный допустимый эксцентриситет орбиты КАСК;
Figure 00000040
- maximum permissible eccentricity of the KASK orbit;
Figure 00000041
- буферная зона по долготе между областями удержания КАСК и СКА, км;
Figure 00000041
- longitude buffer zone between the KASK and SKA retention areas, km;
Figure 00000042
- номинальная зона отчуждения, км,
Figure 00000042
- nominal exclusion zone, km,
при этом imin не меньше наклонения
Figure 00000043
, совмещают линию узлов с линией апсид орбиты КАСК, приводят КАСК в находящуюся рядом с областью рабочей позиции СКА область рабочей позиции по долготе с параметрами:
while i min is not less than the inclination
Figure 00000043
, combine the line of nodes with the apse line of the KASK orbit, bring the KASK to the area of the working position in longitude, located next to the SKA working position area, with the following parameters:
- ширина области удержания по средней гринвичской долготе: ±(1-1,5) минуты,- the width of the retention area on average Greenwich longitude: ± (1-1.5) minutes, - зазор по долготе между областями КАСК и СКА: Dz/RГСО,- longitudinal gap between regions helmets and SKA: D z / R GSO начальную целевую точку по вектору эксцентриситета
Figure 00000044
меняют на
Figure 00000045
совмещенными коррекциями орбиты поддерживают в заданных диапазонах наклонение, среднюю гринвичскую долготу, эксцентриситет и угол рассогласования линий узлов и апсид орбиты КАСК в течение всего срока активного существования на рабочей позиции, причём в течение этого срока регулярно чередуют целевые точки: Е2, E1, Е2, ….
eccentricity starting point
Figure 00000044
change to
Figure 00000045
the combined orbit corrections support the inclination, the average Greenwich longitude, the eccentricity and the angle of the mismatch between the lines of the nodes and the apse of the KASK orbit during the entire period of active existence at the working position, and during this period the target points alternate regularly: E 2 , E 1 , E 2 , ....
2. Способ автономной коллокации по п. 1, отличающийся тем, что при
Figure 00000046
где
Figure 00000047
- модуль вектора устойчивого эксцентриситета, при котором, совместив конец его вектора с направлением на Солнце, получают гелиосинхронное движение этого вектора, коррекции вектора эксцентриситета проводят так, чтобы устранить только вековой угловой дрейф линии апсид относительно векового углового дрейфа линии узлов орбиты КАСК.
2. The method of autonomous collocation according to claim 1, characterized in that when
Figure 00000046
Where
Figure 00000047
- the module of the vector of stable eccentricity, in which, by combining the end of its vector with the direction to the Sun, the heliosynchronous movement of this vector is obtained, the correction of the eccentricity vector is carried out so as to eliminate only the secular angular drift of the apses line relative to the secular angular drift of the line of KASK orbit nodes.
RU2018128867A 2018-08-06 2018-08-06 Autonomous collocation method at near-stationary orbit RU2703696C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018128867A RU2703696C1 (en) 2018-08-06 2018-08-06 Autonomous collocation method at near-stationary orbit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018128867A RU2703696C1 (en) 2018-08-06 2018-08-06 Autonomous collocation method at near-stationary orbit

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2703696C1 true RU2703696C1 (en) 2019-10-21

Family

ID=68318250

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018128867A RU2703696C1 (en) 2018-08-06 2018-08-06 Autonomous collocation method at near-stationary orbit

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2703696C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2731831C1 (en) * 2019-11-28 2020-09-08 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации Method of bringing geosynchronous spacecraft to operating longitude by low-thrust engines
CN117302559A (en) * 2023-10-31 2023-12-29 北京控制工程研究所 Regression orbit autonomous phase modulation control method and device

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4691882A (en) * 1983-01-12 1987-09-08 British Aerospace Plc Co-operative satellites
RU2284950C2 (en) * 2004-09-02 2006-10-10 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Method of control of cluster of satellites in geostationary orbit (versions)
RU2559371C2 (en) * 2013-07-08 2015-08-10 Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" Method of independent collocation in geostationary orbit
RU2558959C2 (en) * 2013-08-01 2015-08-10 Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" Method for monitoring collocation at geostationary orbit

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4691882A (en) * 1983-01-12 1987-09-08 British Aerospace Plc Co-operative satellites
RU2284950C2 (en) * 2004-09-02 2006-10-10 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Method of control of cluster of satellites in geostationary orbit (versions)
RU2559371C2 (en) * 2013-07-08 2015-08-10 Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" Method of independent collocation in geostationary orbit
RU2558959C2 (en) * 2013-08-01 2015-08-10 Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" Method for monitoring collocation at geostationary orbit

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Г.М.ЧЕРНЯВСКИЙ, В.А.БАРТЕНЕВ, В.А.МАЛЫШЕВ. Управление орбитой стационарного спутника. М., Машиностроение, 1984, с.42-52, 134-142. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2731831C1 (en) * 2019-11-28 2020-09-08 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации Method of bringing geosynchronous spacecraft to operating longitude by low-thrust engines
CN117302559A (en) * 2023-10-31 2023-12-29 北京控制工程研究所 Regression orbit autonomous phase modulation control method and device
CN117302559B (en) * 2023-10-31 2024-06-04 北京控制工程研究所 Regression orbit autonomous phase modulation control method and device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1116959B1 (en) Satellite communication optical beam acquisition techniques using a plurality of scan patterns
Vavrina et al. Safe rendezvous trajectory design for the restore-l mission
RU2703696C1 (en) Autonomous collocation method at near-stationary orbit
RU2559371C2 (en) Method of independent collocation in geostationary orbit
Soler et al. Determination of look angles to geostationary communication satellites
US11735818B2 (en) One-dimensional phased array antenna and methods of steering same
EP0949143A2 (en) Method and apparatus for improved attitude determination of spacecraft
RU2558959C2 (en) Method for monitoring collocation at geostationary orbit
RU2284950C2 (en) Method of control of cluster of satellites in geostationary orbit (versions)
RU2721813C1 (en) Autonomous collocation method in geostationary orbit
US6135389A (en) Subterranean target steering strategy
Perez et al. Pointing acquisition and tracking system for silex inter satellite optical link
US6219593B1 (en) Method and apparatus for attitude determination in a multi-nodal system
RU2716394C1 (en) Autonomous collocation method at near-stationary orbit
US11260996B2 (en) Lunar orbiting satellite system, and ground station of lunar orbiting satellite system
RU2768994C1 (en) Method for autonomous collocating in a near-stationary orbit
KR100712238B1 (en) Ground control method for collocated geostationay satellites
Lestarquit et al. Autonomous formation flying RF sensor development for the PRISMA mission
Martin-Mur et al. Using optical communications links for deep-space navigation
RU2721812C1 (en) Method for monitoring collocation in a geostationary orbit
Blumer A future concept of coordinated orbit control of colocated geostationary satellites
RU2761363C1 (en) Method for spacecraft orientation control equipped with an onboard relay complex
Kim et al. Design of Novel Laser Crosslink Systems Using Nanosatellites in Formation Flying: The VISION. Aerospace 2022, 9, 423
US7219014B2 (en) Method and apparatus for real-time star exclusion from a database
Glassman et al. New worlds observer mission design