航天器轨道控制

航天器轨道控制杨嘉墀　孙承启对航天器施加控制力，改变其质心运动轨道的技术和方法。它包括轨道机动和轨道修正。无摄动力或控制力的航天器的质心运动服从开普勒定律.但是当航天器受到外部摄动力作用后偏离预定的运

(完整word版)航天器轨道控制 航天器轨道控制 杨嘉墀孙承启 对航天器施加控制力，改变其质心运动轨道的技术和方法。它包括轨道机动和轨道修正。无 摄动力或控制力的航天器的质心运动服从开普勒定律.但是当航天器受到外部摄动力作用后偏离 预定的运行轨道或者需要改变到另一个轨道飞行时,必须通过控制来改变航天器质心运动的速度 向量.实现航天器轨道控制的一整套装置或系统称为航天器轨道控制系统。 基本原理航天器的轨道控制包括三种功能：导航、制导和控制。导航就是通过对导航设 备所测得的数据的处理，获得航天器相对于某个参考坐标系的实时运动参数(位置向量和速度向 量）,也称实时轨道确定.广义上的导航也包括实时姿态确定.制导就是根据航天器实时的运动参 数、标准轨道或最终目标和约束条件，确定达到目标轨道或最终目标的机动程序,发出制导指令。 控制就是按照制导指令对航天器施加适当的控制力和控制力矩,改变航天器的飞行速度和飞行方 向并稳定其姿态，使它沿着满足飞行任务要求的目标轨道飞行。 航天器的轨道一般由主动飞行段和自由飞行段(也称被动飞行段）组成。主动飞行段是航天 器轨道控制发动机(又称变轨发动机)点火段,发动机熄火后是自由飞行段。自由飞行段的轨道由主 动飞行段结束时航天器的位置和速度向量、引力场和其他外部环境摄动力向量决定. 导航分为非自主和自主两大类。依赖于地面设备(测距、测向、测速等无线电和光学设备以 及地面计算机等)的支持获得航天器轨道运动参数的方法称为非自主导航。不依赖于地面设备的 支持，完全由安装在航天器内部的设备（测量相对于自然或人造天体的方向或距离的仪器和航 天器载计算机等）实时获得航天器轨道运动参数的方法称为自主导航.航天器自主导航有惯性导 航、天文导航和利用导航卫星星座导航等方法。自主导航需要相对于基准坐标系的精确姿态信 息。 用于改变航天器质心运动速度向量的控制力有反作用推力和自然环境力（如行星引力、气 动力、太阳辐射压力和地磁力）等。航天器的轨道控制常使用喷气发动机和小推力电推进器。 由于产生反作用推力的轨道控制发动机（常称变轨发动机,如地球静止卫星上的远地点发动 机和位置保持发动机,返回型侦察卫星上的制动火箭等)一般是沿航天器本体轴方向固定安装的， 因此,改变和稳定航天器轨道控制力的方向需要调整和稳定航天器的姿态（见航天器姿态控制）。 例如，地球静止轨道通信卫星在远地点发动机点火前必须进行姿态控制，使发动机沿预定的方 向点火。在发动机点火期间,航天器姿态控制系统要克服发动机推力偏心产生的干扰力矩（比自 然环境力矩大),保持正确的姿态，这可以采用自旋稳定或三轴稳定。半弹道式载人飞船返回地球 时再入段的制导,则是通过控制滚动姿态来改变升力的方向，以达到调整再入弹道的目的(见航天 器返回技术）. 轨道机动将航天器由一个轨道变到另一个要求的轨道上所进行的控制。它是一种有意偏 离现有轨道的操作。机动前后的两个轨道可以在同一平面内，也可以在不同平面内.例如，反卫 星卫星的轨道控制(轨道拦截)，是通过轨道机动使它先进入与目标卫星共面的停泊轨道,然后在适 当的时刻再次机动，通过过渡轨道(也称转移轨道）接近目标卫星。有的侦察卫星平时在较高的 轨道上运行，当需要对地面进行摄影详查时，将轨道高度降低。如果是返回型侦察卫星和载人 飞船，则为了从运行轨道向地球降落，须开动制动火箭对它进行制动(见航天器返回技术)。为了 防御反卫星武器的攻击，侦察卫星也需要具有一定的轨道机动能力。地球静止轨道通信卫星从 过渡轨道到地球同步轨道的变轨，通常是先在过渡轨道的远地点让远地点发动机工作一定的时