哈工大航天学院课程.空间航空飞行器运动力学与控制.第5课.空间航空飞行器轨道运动力学下.ppt

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* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * (5.8) 主要的轨道摄动扰动源及其摄动加速度 (1)地球引力与非球形摄动 假定地球为一个刚体,其引力势函数 的展开式在地心坐标系中可写成下列形式 (5.9) 式中, , 其中, ——地心距 ——地理经度 ——地心纬度 ——地球赤道半径 ——勒让德多项式; ——地球引力势的主要部分(也称为中心引力势),相当于地球为球形、密度分布均匀的球体的引力势 ——非球形引力势于均匀球体引力势的修正项(也称为引力摄动势) , ——由测量得到的系数。 因此,航天器在地球引力场中运动时,其运动方程可写成 (5.10) 式中, , 运动方程(5.10)中的主要部分对应二体问题,即 。这是可以求得解析解的,而 相对 是一个小扰动,称为摄动部分。由地球非球形引起的摄动也称为地球形状摄动。 (2)大气阻力摄动 航天器在近地轨道上运动时,要受到大气阻力的影响。阻力加速度可写成如下形式 (5.11) 式中, ——航天器相对大气的飞行速度; ——大气密度; ——航天器的有效阻力面积; ——为航天器的质量; ——阻力系数。 在航天器的运行高度上,大气密度 非常小,因此,空气阻力加速度相对于地球中心引力是很小的,仅为一种阻力摄动。 (3)日月引力摄动 在卫星相对于地球的运动中,日月引力摄动加速度,不是日月对卫星的引力加速度,而是日月对卫星的引力加速度与对地球的引力加速度的矢量差。后者的量值要比前者小得多。在2000km高度以下,日月摄动比地球形状摄动至少小 倍。 但在约36000km的地球同步高度上,地心引力加速度为 ,地球扁率摄动加速度为 ,而月球与太阳的引力摄动加速度的最大值分别为 与 。可见,在同步高度上,日月摄动已与地球引力场摄动同一量级,必须要考虑。 航天器在地球附近运动时,日、月引力是典型的第三体摄动力,其摄动加速度为 (5.12) 式中, ; , , 分别为航天器和日、月的地心矢量, 和 是时间 的已知函数,由日、地、月三体系统确定,与航天器运动无关。 , , 分别为日、月引力常数。 (4)太阳辐射压力摄动 太阳辐射压力是太阳辐射作用于航天器表面产生的摄动力。太阳辐射压力引起的摄动加速度可表示为 (5.13) 式中, ——航天器指向太阳的单位矢量; ——太阳辐射压强,在地球附近近似 为常数 ; ——航天器受辐射的有效面积; ——表面状况系数,取值范围为0-2,对完全透光材料为0,对完全吸收材料为1,对完全反射材料为2; ——航天器质量。 (5)小推力摄动 航天器入轨后,为了消除入轨误差要进行轨道捕获,捕获后航天器才能进入运行轨道;由于需要抵消某些摄动,航天器运行过程中一般还需要进行轨道维持,有些航天器还需变轨和轨道转移;此外,大多数航天器还需要进行姿态控制。 因此,航天器上往往安装各种大小和方向的发动机,这些发动机在完成任务时会有一定的误差,它们对航天器运动所产生的摄动称为小推力摄动。在某些情

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