朱战霞, 裴韶彬, 唐歌实, 李勰, 马家瑨

(1.西北工业大学 航天学院, 陕西 西安 710072;2.航天飞行动力学国家重点实验室, 北京 100094;3.北京航天飞行控制中心, 北京 100094)

0 引言

大气阻力模型精度是影响轨道确定及预报精度的主要因素之一。对于低轨航天器,大气阻力模型精度主要取决于大气密度、阻力系数以及有效迎风面积的精度。现有大气密度模型已比较精确并得到了普遍应用,如CIRA系列、DTM系列、Jacchia系列、MSIS系列等[1]。另外,由于轨道环境中自由分子流假设成立,故可认为在轨航天器的阻力系数为常数。因此,有效迎风面积就成为影响大气阻力模型精度的一个关键因素。

目前,大气阻力建模时,迎风面积通过两种方式获得,一种方式认为迎风面积为常值;另一种是将迎风面积作为参数和轨道参数一起估计。对于复杂外形且姿轨运动形式变化多样的航天器,前一种精度太差,后一种不易求解。为此,国内外学者提出了一些新方法[2-6],例如基于3DMAX和数据拟合技术[2]、B样条曲线曲面造型和包含互斥理论[3]、各类几何及拓扑变换模型[4]等新方法,可有效解决计算精度不高的问题,但这些方法以飞机为对象,对于航天器其适用性有待于进一步检验。另外,也有学者针对航天器研究了考虑遮挡的投影面积求解问题[5-6],对于较简单的空间任务,可在一定程度上提高迎风面积的计算精度。但是针对未来复杂操作任务轨道的精确确定及预报,其精度还有待于进一步提高。

为此,本文提出基于微元思想建立航天器网格模型以求解有效迎风面积的方法,并通过结合Graham’s Scan法和射击线扫描法,进行航天器各部分轮廓的确定,以实现有效迎风面积的准确求解。……