地球场的广义相对论效应对人造卫星轨道的影响

从计及J2项的地球重力场度规出发，我们导出在这样的度规场中人造卫星的摄动加速度及在径向、横向和轨道面法向等方面的摄动函数，进而计算了轨道一阶导数的平均值，讨论了在这种重力场中卫星的轨道特性。其主要结论是：1、球形地球的广义相对论摄动仅对近地点角距ω和平近点角τ产生长期项，而地球J2项的广义相对论效应不仅对这两个根数有长期摄动，而且对升效点角距Ω出有长期摄动。值得注意的是这两种广义相对论效应对半长轴a，偏心率e及倾角i都没有长期摄动；2、球形地球的广义相对论效应对倾角i和升交点角距Ω仅有短周期摄动，但地球J2项的广义相对论效应除了对它们有短周期摄动外，还有长周期摄动，对Ω甚至还有长期摄动。     

近地卫星运动的坐标系附加摄动在拟平均根数法中的处理

在常用的历元地心天球坐标系中研究和处理近地卫星的轨道问题,就必须考虑由于地球赤道面摆动所引起的坐标系附加摄动,正因为如此,给实际工作带来一些麻烦.关于这一问题,曾提出了一种针对瞬根数和平根数之间的转换(仅与坐标系附加摄动的短周期项有关)的解决途径,但并未涉及采用分析法进行轨道外推的有关问题(这与坐标系附加摄动的长期和长周期项有关),这对处理近地卫星的轨道问题而言显然是不完整的.这里结合拟平均根数法进一步改进原提出的方法,较完善地解决这一坐标系附加摄动的计算问题.在此前提下,对于卫星定轨和预报及其相关工作,无论是采用数值法还是分析法,均可采用同一坐标系,即历元(目前是J2000.0)地心天球坐标系.     

地球非球形引力位中田谐项摄动的有关问题

在人造卫星绕地球运动中,地球非球形引力摄动是最重要的讨论了容易被忽视的田谐项摄动,尽管它对低轨卫星的影响,只相当于J2项的二阶量,又是短周期效应,但它却包含了大10多倍的地球自转项,必须给以重视.还导出包含全部阶次田谐项的摄动解,并分离出地球自转项,对轨道半长径a还增加了(J2×Jlm)联合摄动的地球自转项,既为理论分析提供依据又可用于分析法定轨和预报.     

月球探测器过渡轨道的短弧定轨方法

论述的短弧定轨,是指在无先验信息情况下又避开多变元迭代的初轨计算方法,它需要相应的动力学问题有一能反映短弧内达到一定精度的近似分析解．探测器进入月球引力作用范围后接近月球时可以处理成相对月球的受摄二体问题,而在地球附近,则可处理成相对地球的受摄二体问题,但在整个过渡段的力模型只能处理成一个受摄的限制性三体问题．而限制性三体问题无分析解,即使在月球引力作用范围外,对于大推力脉冲式的过渡方式,相对地球的变化椭圆轨道的偏心率很大(超过Laplace极限),在考虑月球引力摄动时亦无法构造摄动分析解．就此问题,考虑在地球非球形引力(只包含J2项)和月球引力共同作用下,构造了探测器飞抵月球过渡轨道段的时间幂级数解,在此基础上给出一种受摄二体问题意义下的初轨计算方法,经数值验证,定轨方法有效,可供地面测控系统参考．     

考虑地球扁率摄动影响的初轨计算方法

在二体问题意义下的短弧定轨,Laplace型方法是最主要最典型的一种初轨计算方法。若测角资料达到10^-4-10^-5精度(相当于2″—20″之间),那么要使定轨精度达到与其相应的程度,地球非球形引力位中的扁率项摄动应该考虑,在此前提下,同样可以采用相应的Laplace型定轨方法。即给出这种严格包含扁率摄动的初轨计算方法的原理和具体计算过程以及计算实例,除采用多资料定轨方法外,这种方法也是提高初轨计算精度的一种途径,它同样可用于多资料的情况,这种方法对于大扁率主天体(即中心天体)的卫星定轨将更有实用价值。     

人卫长弧定轨中的摄动计算问题

人卫精度定轨中摄动星历表的计算，常采用数值方法，对于长弧定轨，将会遇到数值稳定问题，有人提出采用Ｅｎｃｋｅ特别摄动法，但要保持数值稳定，关键在于坐标摄动法数值计算中参考轨道的选取，而不是用不用Ｅｎｃｋｅ变换，更有效的方法是一般数值方法中采用稳定化措施。     

Lageos卫星精密定轨中“类阻力”摄动的计算

在Lageos卫星的精密定轨中引入了“类阻力”摄动加速度，以减小沿轨误差的影响。本文讨论了“类阻力”摄动的阻力系数CD的不同计算模式对定轨计算的影响。通过实例计算和分析比较，表明了类阻力系数CD在各个短弧上拟合的值变化较大。在一个月的长弧段内反CD作为常系数拟合求解仅是一种求平均值的近拟方法。类阻力系数CD应采用既包含长期变化又包含若干周期变化的计算模式比较合理，具体计算时该取多少项，应根据选用弧段的长短及精度要求来确定。     

双星多方模型的形状及其对同步子星轨道要素的摄动影响

研究了双星多方模型的形状对同步子星轨道要素的摄动影响。假定两子星在同一轨道面上运动，推出了主星对伴星的轨道要素的摄动量。理论结果表明：双星多方模型对轨道半长轴和偏心率只有周期项摄动，无长期摄动，但对近星点和历元平近点角除有周期摄动外还有长期摄动效应。文中将理论结果应用于同步双星βＰｅｒ（大陵五双星）的计算上。除计算了两个子星的形状（椭率）外对同步子星的轨道要素变化的周期项振幅和长期项的效应做了数值计算     

双星多方模型的形状及其对同步子星轨道要素的摄动影响

研究了双星多方模型的形状对同步子星轨道要素的摄动影响，假定两子星在同一轨道面上运动，推出了主星对伴星的轨道要素的摄动量，理论结果表明，双星多方模型对轨道半长轴和偏心率只有周期项摄动，无长期摄动，但对近星点和历元平近点角除有周期摄动外还有长期摄动效应。文中将理论结果应用于同步双星βＰｅｒ（大陵五双星）的计算上，除计算了两个子星的形状（椭率）外对同步子星的轨道要素变化的周期项振幅和长期项的效应做了数值     

火星非球形引力位田谐项联合摄动分析解

火星非球形引力场模型与地球有明显差别,其非球形引力位中的田谐项系数基本都要比地球的相应值大一个量级,尤其是J_2,2项（赤道椭率项）的大小接近它的动力学扁率项J₂.对于低轨探测器,若要使轨道外推1 d弧段的精度达到500 m(相当于标准单位10^-4量级),在构造环火探测器的轨道分析解时,田谐项与J₂项以及田谐项与田谐项之间的联合摄动不容忽视.根据摄动量级分析和构造的摄动分析解证实,上述联合摄动对轨道沿迹方向的影响可超过10^-4,并给出了数值验证.结果表明,与地球低轨卫星不同,在类似的问题中,构造环火卫星摄动分析解时,必须考虑这些联合摄动项的影响.     

太阳同步卫星的控制现状及发展趋势

在介绍太阳同步轨道相关知识的基础上,着重分析了该轨道的高度因素,给出了当前在轨太阳同步卫星轨道高度的上下限,介绍了几种典型的低轨道太阳同步卫星,同时给出了太阳同步卫星轨道控制方法的发展状况及趋势,最后综述了当前国内外太阳同步轨道的轨控模式与维持策略。     

Homoclinic and heteroclinic orbits in the photogravitational restricted three-body problem

We study numerically the asymptotic homoclinic and heteroclinic orbits around the hyperbolic Lyapunov periodic orbits which emanate from Euler's critical points L ₁ and L ₂, in the photogravitational restricted plane circular three-body problem. The invariant stable-unstable manifolds associated to these Lyapunov orbits, are also presented. Poincaré surface of sections of these manifolds on appropriate planes and several homoclinic and heteroclinic orbits for the gravitational case as well as for varying radiation factor q ₁, are displayed. Homoclinic-homoclinic and homoclinic-heteroclinic-homoclinic chains which link the interior with the exterior Hill's regions, are illustrated. We adopt the Sun-Jupiter system and assume that only the larger primary radiates. It is found that for small deviations of its value from the gravitational case (q ₁ = 1), the radiation pressure exerts a significant impact on the Hill's regions and on these asymptotic orbits.     

月球重力场对绕月低轨卫星的长期影响

从解析形式出发,利用月球重力场模型JGL165P1,分析了月球重力场(带谐项)对绕月低轨卫星的长期影响。为了减少计算误差,保证计算精度,在分析解中使用循环公式来计算倾角函数。结果指出对于一个高度为100km的极月轨道卫星,冻结轨道存在的可能性不大,但是当轨道倾角在i=90°附近或者高度再高一些,则有可能存在冻结轨道;对于100km高的初始圆轨道,卫星在无控的情况下半年内将会坠落到月球表面,如果高度增加到200km,则不进行轨道控制也不会坠落到月面上。利用仿真软件GEODYN解算出来的结果证实了上述结论。     

Capture orbits and melnikov integrals in the planar three-body problem

The separatrix between bounded and unbounded orbits in the three-body problem is formed by the manifolds of forward and backward parabolic orbits. In an ideal problem these manifolds coincide and form the boundary between the sets of bounded and unbounded orbits. As a mass parameter increases the movement of the parabolic manifolds is approximated numerically and by Melnikov's method. The evidence indicates that for positive values of the mass parameter these manifolds no longer coincide, and that capture and oscillatory orbits exist.     

北斗三号卫星精密定轨中的光压模型研究

对于在轨运行的BDS (BeiDou Navigation Satellite System)卫星, 太阳光压是作用在卫星上主要的非引力摄动. 受多种因素的影响, 太阳光压摄动力难以精确建模, 是BDS卫星精密定轨和轨道预报过程中重要的误差来源. 由于ECOMC (Empirical CODE Orbit Model 1 and 2 Combined)模型兼顾了ECOM1 (Empirical CODE Orbit Model 1)和ECOM2 (Empirical CODE Orbit Model 2)模型的特点, 在模型中引入了较多的待估参数, 使得参数之间存在强相关性. 针对ECOMC模型的这一缺陷, 文中收集了2019年1月至2022年4月武汉大学分析中心提供的BDS-3卫星精密星历, 采用动力学轨道拟合方法得到了ECOMC模型的13个光压参数. 通过对该模型的光压参数进行时间序列分析, 分别给出了BDS-3 IGSO (Inclined Geosynchronous Orbit)和MEO (Medium Earth Orbit)卫星光压模型的参数选择策略. 并利用轨道拟合和轨道预报试验, 验证了光压模型参数选择策略的合理性. 结果表明, 采用改进型ECOMC模型进行BDS-3 IGSO和MEO卫星轨道拟合的效果最佳, 同时, 也能够提升BDS-3 IGSO和MEO卫星中长期轨道预报的精度.     

人造卫星变轨检测算法

讨论基于多卜勒资料对人造卫星变轨的检测问题，提出对验后残差序列进行等方差检验的算法，判断卫星第1天有否变轨；还提出一种由预报残差序列估计△αk的算法，判断卫星第2、3天有否变轨，当多卜勒资料标准差为0.2厘米／秒时，计算表明，算法能可靠检测轨道半长径α改变3米以上的变轨。     

利用IGS星历预报GPS卫星轨道

在动力学轨道拟合以及轨道积分的基础上,提出了基于IGS精密星历的GPS卫星轨道预报方法。该方法首先利用已知的IGS精密星历作为虚拟观测值,采用动力学方法拟合出GPS卫星的初始轨道和动力学参数,然后再通过积分来预报GPS卫星的轨道。主要讨论了基于不同弧段的IGS星历时,该方法对GPS卫星轨道的拟合和预报情况。研究结果显示:对于6 d弧段以内的IGS精密星历,其拟合轨道与IGS精密星历差值的三维RMS值均优于4 cm,随着拟合弧段的增加,拟合残差变大;当利用2～6 d弧段的IGS星历来预报GPS轨道时,大部分卫星第1天、第7天和第30天的三维预报精度可优于0.1 m、3 m和100 m。其中,2d弧段的IGS星历对GPS卫星第1天和第7天的预报结果最好,5 d弧段的IGS星历对GPS卫星第30天的预报结果最好。     

Higher order resonant orbits

I present higher-order resonances of the tube and boomerang orbits in the co-rotating meridional plane of an axisymmetric galactic potential. Additionally, mirror forms of these orbits are given.     

基于转发式测轨系统的GEO卫星机动检测初探

通过对利用C波段转发式测轨网观测"鑫诺一号"卫星得到的原始资料进行初步分析,探讨卫星轨道机动时卫星在测站与卫星连线方向的距离、速度和加速度的变化规律,并提出一种通过对原始观测数据的拟合比对,实现GEO卫星(地球同步卫星)轨道机动检测的方法。分析比较表明,用该方法检测到的卫星机动开始和结束时刻与星载推力器实际喷火开始和结束时刻之间的差别小于3 min,该方法对处于机动期间的轨道确定有一定的积极意义。     

Asymptotic Orbits at the Triangular Equilibria in the Photogravitational Restricted Three-Body Problem

We study numerically the asymptotic homoclinic and heteroclinic orbits associated with the triangular equilibrium points L ₄ and L ₅, in the gravitational and the photogravitational restricted plane circular three-body problem. The invariant stable-unstable manifolds associated to these critical points, are also presented. Hundreds of asymptotic orbits for equal mass of the primaries and for various values of the radiation pressure are computed and the most interesting of them are illustrated. In the Copenhagen case, which the problem is symmetric with respect to the x- and y-axis, we found and present non-symmetric heteroclinic asymptotic orbits. So pairs of heteroclinic connections (from L ₄ to L ₅ and vice versa) form non-symmetric heteroclinic cycles. The termination orbits (a combination of two asymptotic orbits) of all the simple families of symmetric periodic orbits, in the Copenhagen case, are illustrated.