李玖阳, 胡 敏, 王许煜, 徐家辉, 李菲菲

(航天工程大学航天指挥学院, 北京 101416)

0 引 言

随着人类航天发射任务的不断增加,低轨及中高轨轨道空间逐渐拥挤,使在轨运行的卫星碰撞概率逐渐增大。根据机构空间碎片协调委员会(Inter-Agency Space Debris Coordination Committee,IADC)编订的《IADC空间碎片减缓指南》[1],在自然轨道超过25年的情况下,低轨到寿卫星需要在25年内进入处置轨道进而在大气层内烧毁[2]。同时,小卫星技术的发展和发射成本的降低使得低轨卫星星座中卫星数量剧增。OneWeb公司计划发射由2 620颗卫星组成的星座[3]、Samgsung公司计划发射由4 600颗卫星组成的星座[4]、Boeing计划发射2 956颗卫星组成的星座,Starlink计划发射4.2万颗卫星组成星座,这些星座规模巨大,其卫星到寿后将会影响低轨的空间环境[5]。因此,采取合理方式对低轨卫星星座中到寿卫星进行离轨控制变得尤为重要。

针对低地球轨道(low earth orbit,LEO)卫星,离轨方法一般分为电动力电缆离轨、大气阻力离轨和卫星自身推力器离轨[6-8],卫星自身推力器离轨相较于其他离轨方式具有离轨时间短、控制灵活等特点。电推力器作为一种典型的小推力器已经在深空探测、轨道维持和轨道机动中得到广泛的应用[9],Starlink星座中所有卫星均带有电推力器。Fromm等人[10]分别仿真不同小推力器作用下卫星的离轨时间,并得出了适于仿真对象卫星离轨的小推力器推力范围。Huang等人[11]基于两种不同的小推力离轨策略对单星和OneWeb星座离轨过程进行了仿真分析,并得出最优的单星及星座离轨策略。Trofimov等人[12]研究了被动稳定卫星的小推力离轨问题,对比了降低半长轴和降低近地点两种离轨方式。……