外文翻译-航天器轨道机动研究

毕业论文英文翻译 专业名称 学生姓名 学 号 班 号 指导老师 1 英文原文： of is of is of In is in of of to of on is to of of in in in of of of in in a of of on a is is a in a of A by a a is of An of as a of be in A s is in in so a be to A is is in of of of in be by is in of 2 is to to of of of it is of to is a by is to s to no s is a is of of is of of s of a of of It is a of is of 1, be as of to of of is in of of of of as 000333If is a of be as 3 )6,2,1(,of If t=t0 ,(000 ,( 000 of 6,2,1)(,( 0000000 。 2, 1) 3) on in 1), an 2). at of 3), is is so is of is in 4 a to a is up to is so to is to to V be in to in of is to of 2122G M m G M mE m v 22 is = = of in by of 211221 22 212222 22 g is of of s R is of 12 2 is of so to v (is a : 1221211 21 12221 of of 5 to No to or s it 8421 3213 H (of is 3, on p 2p ， t on a , 1 of to on on t be if a 1r , 2r ), of t of r r , of 1v , 2v ). In if of a is 112112 f g 6 In of x n , y to m , of x ,y ), , of c o ss o s f on c o o 122 2 If of , co s 21 s i a co a p as of of By 1212121As of of 7 v v be by 1r r f , g , f g be by is to of to of is in of In of up of of to we in of is of in to of to is a it is of on 8 中文译文： 航天器轨道机动研究 随着航天技术的发展，飞行器上所需的功率越来越大，发展高功率、高可靠性、长寿命和低成本的空间太阳电池阵始终是航天技术所追求的目标。近年来，我国正积极发展导航，通讯等大功率卫星，如何提高卫星电源系统的性能日渐显得重要。本文以此为背景，研究不同轨道卫星太阳帆板对日定向方法，为我国大功率卫星电源系统的设计提供参考。 太阳同步轨道卫星太阳帆板常用的定向方式是开闭环组合控制。该方式以恒定的跟踪速度驱动太阳帆板对日定向。由于轨道摄动等因素的存在，跟踪误差会逐步扩大而超出容许 范围。本文研究了太阳周年视运动和大气阻力对长寿命太阳同步轨道卫星太阳帆板以恒定跟踪速度对日跟踪定向的影响，提出在基本跟踪速度的基础上再进行太阳周年视运动修正和大气影响补偿的跟踪方法。 辅助姿态偏航角是一般倾斜轨道卫星单自由度太阳帆板对日定向的有效方法。辅助固定偏航角的方案对卫星的某些应用很有意义。原方案中偏航角和太阳仰角的关系式的推导有缺陷，本文通过多项式拟合参数法给出了最佳偏航角与太阳仰角的解析表达式，并且减少了原方案的能量损失。 非定向式太阳帆板应用于短寿命低功率的某些特殊用途卫星。针对使轨道周期内获得能量最大的非定向式太阳帆板最佳指向问题，本文论证了单位天球中最佳指向必定通过太阳轨迹圆环被太阳帆板平面截得的上方部分的质心的规律，并由此提出了一种逐步迭代修正的方法。该方法适应于椭圆轨道卫星。将其应用于不同偏心率轨道卫星，仿真结果说明该方法能有效解得非定向式太阳帆板的最佳指向。 轨道机动是指航天器主动地改变飞行轨道的过程。这里指出了三层含义，分别说明了轨道机动的目的、过程和属性。首先，轨道机动是航天器的主动行为，是有目的的、面向应用的飞行，这就排除了某些干扰因素引起的漂移性轨道变化；其次，轨道机动是 要改变飞行轨道的，亦即航天器的机动飞行要打破已有的惯性飞行，不再遵从开普勒定律；最后，轨道机动是一个 “ 过程 ” ，是航天器的一个飞行历程，不同于脉冲变轨。 航天器轨道机动的基础知识主要是二体轨道力学、 霍曼 转移和 兰伯特 转移 ， 9 涉及到热控制技术、喷气推进技术、能源技术、空间通信技术以及航天器的发射、返回和在轨技术等。时至今日，航天技术对世界各国的政治、经济、军事、科技以及人类生活的各个方面产生了深远的影响。 航天器轨道机动研究推动着人类科学技术的进步，使人类活动的领域由大气层内扩展到宇宙空间。它是一个 多学科领域 的技术，包括力学、电子技术、材料学、自动控制、计算机、真空技术、低温技术、半导体技术、喷气推进、医学、制造工艺学等学科，是基础科学和技术科学的集成。 1、飞行器与主引力体构成二体系统，均可看作质点，飞行器的质量相对于引力体的质量可以忽略不计，在以该引力体为中心的惯性坐标系 ，飞行器的运动方程为： 000333如果 方程有解，则可写成如下形式 : )6,2,1(,上 式给出了积分常数和飞行器的位置、速度之间的关系。如果知道了 t=刻飞行器的位置 ),(000 ,(000 ,就可以唯一地确定积分常数 )6,2,1)(,(0000000 。 10 2、 移示意图 上图为将太空船从低轨道（ 1）送往较高轨道（ 3）的霍曼转移轨道 。太空船在原先轨道（ 1）上瞬间加速后，进入一个椭圆形的转移轨道（ 2）。太空船由此椭圆轨道的 近拱点 开始，抵达远拱点后再瞬间加速，进入另一个圆轨道（ 3），此即为目标轨道。要注意的是，三个轨道的轨道 半长轴 是越来越大，因此两次引擎推进皆是加速，总能量增加而进入较高（半长轴较大）的轨道。反过来，霍 曼转移轨道亦可将太空船送往较低的轨道，不过是两次减速而非加速。霍曼转移轨道的两次加速假设是瞬间完成，但实际上加速要花时间，因此需要额外的燃料来补偿。使用高推力引擎所需额外燃料较小，低推力引擎则还要以控制推进时间、逐渐提高轨道来逼近霍曼转移轨道。因此实际上 V 会比假设情况更大且花更多时间。 轨道上物体的总能等于 动能 与 重力位能 的和，而总能又等于重力位能（轨道半径为轨道 半长轴 时的重力位能）的一半： 2122G M m G M mE m v 以速度为未知解方程式，得到 轨道能量守衡方程式 ： 22 转移轨道的能量大于内轨道（ =,小于外轨道（ =转移轨道在近地 11 点和远地点的速度由能量守恒来 : 211221 22 212222 22 被 2替 ,g 是地球表面的重力加速度， R 是地球半径。 圆形轨道的速度是12 和22 ,因此霍曼转移所需的两次v 为（假设速度改变是瞬间达成）： 1221211 21 12221 和 分别是原本圆轨道与目标圆轨道的半径，其中大的（小的）对应到霍曼转移轨道的远拱点（近拱点）距离。 无论前往较高或较低轨道，根据 开普勒第三定律 ，霍曼转移所花的时间为： 8421 3213 H （即椭圆轨道周期的一半），其中 是霍曼转移轨道的半长轴。 3、 兰伯特问题描述为：椭圆弧上两点 1p 和 2p 间的飞行时间 t 只取决于椭圆的半长轴 a 、弧上两点到焦点的距离之和 21 ，以及连接弧上两点的弦长。 当飞行时间 t 已知时，兰伯特问题可以描述为：若给定飞行器运行的始末位置矢量 (1r , 2r )，相应的飞行时间 t 和飞行方向，就可确定连接 1r 和 2r 的轨道，即确定始末位置的速度矢量 ( 1v , 2v )。 在二 体问题中，若运动物体的初始位置和速度矢量已知，则可以利用拉格朗 12 日系数表示出之后任何时刻的位置和速度。即： 112112 其中， f 和 g 为拉格朗日系数，分别为： 在空间飞行器轨道坐标系中 , 定义 x 轴方向的方向矢量为 n ， y 轴方向的方向矢量为 m ，设飞行器的位置坐标为 (x ,y )，则有 ，其中 因此可得， c o ss o s 将上式代入 f 表达式中可得， c o o ，则有 co 2 同理，可以得出其他拉格朗日系数的表达式： s i ns i n 321 s i a 13 co 其中， a 和 p 分别为轨道的半长轴和半正交弦， 为中心引力体的引力常 数。 由上式可得： 1212121可以看出 ,飞行器的始末速度 1v 和 2v 可以由始末位置 1r 、 2r 以及拉格朗日系数f 、 g 、 f 和 g 表示，因此兰伯特问题的求解可以通过计算拉格朗日系数来得到。 航天器轨道广泛应用到导航、通信和气象等与我们生活密切相关的领域。因此，航天器轨道机动研究是空间在轨服务技术应用研究的重点对象。针对航天器轨道机动的空间在轨服务涉及的技术层面较广，本文主要对任务前期的