基于同步軌道轉(zhuǎn)移任務(wù)的多模態(tài)電推進系統(tǒng)性能分析.pdf

1、早在一個世紀(jì)之前,科學(xué)家們就提出了電推進系統(tǒng)的設(shè)想。在過去的20年里,先進的電推力系統(tǒng)跨過了過去僅在有限的航天器上應(yīng)用或者作為推進系統(tǒng)的備用參考方案的時代,電推進技術(shù)在航天領(lǐng)域的應(yīng)用在不斷的擴展。作為應(yīng)用最廣泛、技術(shù)成熟度最高的電推進系統(tǒng),霍爾推力器的應(yīng)用范圍非常廣闊,從近地軌道和中軌道衛(wèi)星的大氣阻力補償;到地球同步軌道通信衛(wèi)星的軌道注入、位置保持、離軌控制以及作為深空探測器的主推進。
　　首先,本文就電推進應(yīng)用的幾個約束條件出發(fā)

2、,分析了這些約束條件對電推進系統(tǒng)性能的需求。文章分別針對近地空間環(huán)境約束、時間約束以及電源功率約束條件進行系統(tǒng)的分析,研究這些約束條件對電推進系統(tǒng)在同步軌道轉(zhuǎn)移任務(wù)中應(yīng)用的限制,并提出面向同步軌道轉(zhuǎn)移任務(wù)的電推進應(yīng)用方案。
　　其次,本文對推力器本體的結(jié)構(gòu)、原理進行了分析、對其性能特點展開實驗研究并建立適用于空間任務(wù)分析的推力器數(shù)學(xué)模型。通過實驗手段,獲得推力器的工作范圍以及性能邊界;進一步,基于設(shè)定的外部約束條件(功率量級限制、

3、推力限制、比沖限制以及效率限制等)利用數(shù)值處理的辦法,得到推力器的性能域。在此基礎(chǔ)上,通過數(shù)值分析方法,建立一個具有功率擴展性,且適用于基于相同設(shè)計技術(shù)的多模態(tài)霍爾推力器性能模型。
　　再次,本文在齊奧爾科夫斯基公式以及電推進系統(tǒng)理論的基礎(chǔ)上,對采用化學(xué)—電推進系統(tǒng)混合動力完成同步軌道轉(zhuǎn)移任務(wù)進行理論研究,研究使最終有效載荷最大的最優(yōu)化比沖條件,并簡單分析了不同參數(shù)變化對推進系統(tǒng)最優(yōu)比沖的影響。同時分析了采用連續(xù)推力的軌道轉(zhuǎn)移的最

4、優(yōu)化問題,推導(dǎo)由初始軌道參數(shù)(v0,i0)向目標(biāo)軌道參數(shù)(vf,if)轉(zhuǎn)移的近似最優(yōu)結(jié)果,并通過數(shù)值計算分析軌道轉(zhuǎn)移過程的重要目標(biāo)參數(shù)在軌道轉(zhuǎn)移過程的變化規(guī)律。
　　最后,本文面向一個具體的軌道轉(zhuǎn)移任務(wù)展開深入分析,在前文的空間任務(wù)約束條件分析基礎(chǔ)上,參考目前歐空局所開展的小型地球同步衛(wèi)星計劃(SmallGEO),對衛(wèi)星的參數(shù)以及軌道參數(shù)進行了合理設(shè)置。在前文關(guān)于采用混合方式完成軌道轉(zhuǎn)移任務(wù)的理論分析基礎(chǔ)上,利用Matlab軟件進