109 / 2019-06-13 15:19:03

考虑光压力的GTO长期演化与轨道寿命分析

空间碎片,中等面质比,地球同步转移轨道,太阳拱线共振,长期演化,轨道寿命分析

地球同步转移轨道（GTO）受到地球非球形引力、日月第三体引力、大气阻力和太阳光压力的摄动以及各摄动间的耦合作用，其轨道演化模式较为复杂。目前针对GTO动力学演化和轨道寿命的研究主要集中于低面质比（S/m<0.02）空间碎片。在我们最近的调研中，发现在GTO区域存在相当多的面质比大于0.2的空间碎片，我们称之为中等面质比空间碎片。这类碎片将会受到太阳光压力的显著影响，在长期演化中也会表现出一些不同的特征。首先太阳光压力与太阳引力类似，同样会引起偏心率和近地点高度的周期性振荡，其周期是太阳引力所引起振荡周期的两倍。而随着面质比的增加，偏心率和近地点高度的振幅也会增大，这将会对GTO长期演化和轨道寿命产生巨大影响。此外，太阳光压力使得轨道倾角振幅增大，在大气阻力的耦合作用下会对北斗IGSO导航卫星发射中所使用的倾角55度左右的倾斜地球同步转移轨道（IGTO）的日月长期共振产生显著影响。
本文采用单次平均化的半解析动力学模型来研究GTO区域中这类中等面质比空间碎片的长期轨道动力学演化与轨道寿命分布。利用此动力学模型对不同类型GTO进行长期数值仿真，揭示轨道寿命分布并阐释其对初始条件和其他相关参数的依赖性。同时将结果与低面质比GTO空间碎片进行对比，更加细致地揭示光压力对轨道演化的影响，包括对轨道寿命，太阳拱线共振和日月长期共振的影响。最后我们还将分析GTO在不同面质比和初始条件下的轨道寿命分布，以便为这类空间碎片提出合适的监测与减缓策略。