蔡立锋，张国云，洪涛，李卫平，林海晨，孙振江

中国西安卫星测控中心 宇航动力学国家重点实验室，西安 710043

1 引言

近地卫星一般处于主动姿态控制下三轴稳定运动状态，卫星在轨常发生姿态失控故障，此时常处于无主动控制情况下的自旋状态，对于其自旋姿态的确定和预测是姿态故障恢复的前提[1-4]。当卫星到达寿命末期，由于部件故障等原因需要对卫星进行离轨或钝化，使得卫星处于姿态无控状态，可以设计近地卫星姿态自旋策略，使卫星仍然保持能源供应和测控。比如对某近地卫星离轨处置后的姿态自旋策略，提出了一种长期在轨稳定自旋的姿态控制模式[5]。因此，很有必要对近地卫星自旋运动规律作进一步研究。

近地卫星受地球扁率J2项摄动，轨道面一般处于进动状态。典型的太阳同步轨道卫星，轨道面随太阳进动，同时受到重力梯度、太阳光压、地磁、气动等复杂摄动力矩作用，使得星体角动量在惯性空间指向发生变化。一般来说，对于低轨卫星，重力梯度和地磁力矩起主要作用[6]。地磁力矩来源于星上电子仪器产生的剩余磁场，或者来自姿态控制用的磁矩线圈，均与卫星星上状态有关。本文主要考虑重力梯度力矩作用下卫星运动规律。

受地球重力梯度力矩作用下的自旋卫星的运动规律，从自旋卫星的平衡状态角度，有著名的汤姆孙(Thomson)平衡和莱金斯-普林格尔(Likins-Pringle)平衡[7-9]。其中汤姆孙平衡自旋轴指向轨道面法线；莱金斯-普林格尔平衡要求自旋轴进动角速率等于轨道角速度，自旋角速率一般小于轨道角速度。……