超低轨道卫星轨道维持新思 .pdfVIP

  1. 1、本文档共3页,可阅读全部内容。
  2. 2、有哪些信誉好的足球投注网站(book118)网站文档一经付费(服务费),不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
  3. 3、本站所有内容均由合作方或网友上传,本站不对文档的完整性、权威性及其观点立场正确性做任何保证或承诺!文档内容仅供研究参考,付费前请自行鉴别。如您付费,意味着您自己接受本站规则且自行承担风险,本站不退款、不进行额外附加服务;查看《如何避免下载的几个坑》。如果您已付费下载过本站文档,您可以点击 这里二次下载
  4. 4、如文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“版权申诉”(推荐),也可以打举报电话:400-050-0827(电话支持时间:9:00-18:30)。
  5. 5、该文档为VIP文档,如果想要下载,成为VIP会员后,下载免费。
  6. 6、成为VIP后,下载本文档将扣除1次下载权益。下载后,不支持退款、换文档。如有疑问请联系我们
  7. 7、成为VIP后,您将拥有八大权益,权益包括:VIP文档下载权益、阅读免打扰、文档格式转换、高级专利检索、专属身份标志、高级客服、多端互通、版权登记。
  8. 8、VIP文档为合作方或网友上传,每下载1次, 网站将根据用户上传文档的质量评分、类型等,对文档贡献者给予高额补贴、流量扶持。如果你也想贡献VIP文档。上传文档
查看更多

超低轨道卫星轨道维持新思

一、超低轨道卫星的优势及面临的难题

超低轨道卫星一般指轨道高度处于120~300km之间的卫

星。由于轨道高度低,能够快速、频繁到达目标上空获取信息,

而且由于离地面更近,甚至采用普通观测设备就能实现高分辨率

观测,同时卫星研制成本能够降低到传统卫星的三分之一到五分

之一,发射成本也显著降低。因此,超低轨道卫星的研制具有很

大的经济效益和应用价值。

但是,由于高度在300km以下的外层空间属于热层与外层

大气的范围,相比传统低轨卫星,超低轨道卫星受到的气动力阻

力要高出几个到几十个数量级,如果按照传统卫星的轨道控制方

式,利用喷气装置作为动力,则会由于频繁喷射消耗大量能源和

燃料,迅速缩短卫星使用寿命,而正在研制中的等离子推进器,

其推力仅有几个mN,远不能提供足够的推力。所以必须寻找一

种新的途径来解决超低轨道卫星轨道维持的问题。

二、超低轨道所处大气层特点

习惯上,将卫星按轨道高度分为高轨、中轨、和低轨卫星,

其中,低轨道卫星主要指运行在100~1000km高度的卫星,目

前工程上实用的甚低地球轨道高度约为200~400km。本文讨论

的超低轨道卫星主要运行高度在100~200km。在这个高度上,

大气密度可达到106~109kg/m3量级,作用在卫星上的气动力

能够达到几十到几百mN,对卫星轨道衰减影响十分巨大。

另外,该轨道高度正处于地球大气电离层的范围,其中F1层

高度一般在140~200公里之间,电子密度为1010~1011/m3

(图1)。是被大气强烈吸收的那部分远紫外辐射所产生的。这些

辐射产生离子O2+、N2+、O+、H2+和N+。由于随后的一系列

反应,最终产物以NO+和O+为主。随着高度上升,主要离子成

分由分子逐渐过渡为原子离子。负离子和双电荷正离子很少,正

离子密度与电子密度相等。

三、超低轨道卫星轨道维持方案新思路

设想推进器结构如图2、图3。卫星以每秒约7.8Km的速度

运行在超低轨道上,稀薄大气以相对卫星每秒7.8Km的速度通

过卫星后部的网格栅正极板冲入加速电场,其中的正离子如

NO+和O+进入电场被加速后以更高的速度向后抛出,对卫星产

生反作用的推力。而负离子主要是电子,和卫星的相对动能比正

离子低得多(具有1ev动能的电子,速度大约每秒600Km),其

中一部分被带正电的卫星表面俘获,剩余的进入电场后,由于初

始速度低而电场强度是如此之大,以至于电子冲入电场不深就被

弹出,可以看做是完全弹性碰撞,电子获得的能量远远低于正离

子。由此产生的阻力也远低于正离子产生的推力,可以忽略不计。

根据电场对带电粒子做功公式W=qU=qEd=Fd得出电场中

带电粒子对电场的反作用力为F推=qE=qU/d。式中q为电场中

正离子总电量,与电场的体积以及离子密度相关,q=Sdρ,式中

S为网格栅加速电极板面积,d为正负电极板间距,ρ为大气离

子密度,则可进一步推导出推力公式为F推=SUρ。可以看出推

力大小只与三个因素相关:推进器加速电极面积、加速电压、稀

薄大气中电子密度。

我们以200km高度轨道为例,该高度电子密度为1011/m3,

相当于每立方米体积含有电量约为1.602×10-8库伦的正离子。

然后我们取电极面积为10m2,加速电压为5000Kv,则可以推算

出推力为800mN,这个推力足以抵消超低轨道上稀薄大气对卫

星产生的气动阻力。

为解决由于加速电场对稀薄大气中等离子体的分离作用导

致的次生电场干扰,在加速电场尾部设置电子发生器,中和喷出

的正离子,同时使卫星本体表面带正电荷,可以吸附大气中的电

子以及被加速电场反弹回来的电子,保持卫星周围电场平衡。

超低轨道卫星运行周期大约为90分钟。在一个周期内,受

地影影响,有大约60分钟有阳光照射,可以直接利用太阳能电

池的电力为加速电场提供能量,采用间歇推进的方案,降低对卫

星电源系统的要求。经计算,推进器所需功率大约为6Kw左右,

太陽能电池的功率可以满足要求。

四、结语

推进剂和燃料消耗是影响卫星在轨寿命的主要因素。由于超

低轨道卫星所在轨道高度含有稀薄大气并且具有等离子特性

文档评论(0)

177****9497 + 关注
实名认证
文档贡献者

该用户很懒,什么也没介绍

1亿VIP精品文档

相关文档