STK 特定问题建模(七)卫星轨道转移

发布时间:2024年01月23日

内容简介

本篇对卫星轨道转移进行仿真,以霍曼转移(Hohmann Transfer)为例,将一颗卫星从半径为 6700km(高度300km)的停泊轨道转移到半径为 42238km(高度36000km)的圆轨道。

建模将使用 STK Astrogator 模块,本篇主要内容如下:

1、Astrogator 以及 飞行任务控制序列(MCS)简介

2、霍曼轨道转移仿真

轨道转移结果如下:
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一、Astrogator以及MCS简介

该部分内容在公众号中进行介绍,想更多了解可以关注文末的“STK建模”公众号,定期分享STK建模仿真的详细流程。

二、霍曼轨道转移仿真

霍曼转移是在两个共面圆形轨道之间进行转移的最有效的方法(仅需两次点火加速)。如下图所示,霍曼转移采用椭圆形转移轨道,其近点位于内轨道,远点位于外轨道。
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本次仿真以卫星从半径为 6700 km的停泊轨道转移到半径为 42238 km轨道为例,因此根据第一部分对MCS任务段的介绍,仿真中需要创建以下几个MCS任务:

序号任务
1初始状态定义一个半径为 6700 公里的停泊轨道
2一个Propagate任务段,推演停泊轨道上的卫星轨迹
3进入椭圆转移轨道的脉冲机动
4通过转移轨道推进至远地点
5进入42238 km外圆轨道的脉冲机动
6一个Propagate任务段,推演外轨道上的卫星轨迹

接下来按照上述任务步骤开始仿真。

1.1 任务1(初始状态)仿真

首先创建一颗卫星,并在Basic—Orbit—Propagator中选择Astrogator,开始定义初始的轨道。

重命名Initial State为Inner Orbit,在右边将坐标类型Coordinate Type改为开普勒(Keplerian), 并将下方Element Type中的半长轴(semi-major axis)改为Periapsis Radius,数值更改为6700km,其他轨道参数(偏心率、倾角、RAAN、AoP、真近点角)均改为0

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点击Fuel Tank,设置卫星最大燃料质量(Maximum Fuel Mass)为5000kg.
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1.2 任务2(停泊轨道)仿真

接下来创建任务2,即停泊轨道轨迹推演任务段。在任务1(Inner Orbit)后插入新的Propagator任务段,将其命名为Parking Orbit,Propagator选择为Earth Point Mass,
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将轨迹持续时间更改为7200s(足够卫星转动一圈)
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点击MCS栏坐上角的绿色箭头,运行当前创建的任务段,在3D窗口中可以看到创建的停泊轨道
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1.3 任务3(第一次轨道机动)仿真

接下来卫星将从停泊轨道机动至转移轨道,插入一个Maneuver任务,机动类型选择为Impulsive,在Attitude Tab中,选择推力矢量Thrust Vector,将X轴加速改为2421m/s
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点击Engine页,选中Update Mass Based on Fuel Usage(根据燃料使用更新卫星质量)
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1.4 任务4(转移轨道)仿真

接下来卫星在机动后,将沿转移轨道推进至远地点。插入一个Propagate任务,Propagator选择为Earth Point Mass。新建一个转移轨道推进停止条件(Apoapsis),并将原来的根据持续时间决定轨迹停止的条件删掉

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转移轨道生成结果如下:
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1.5 任务5(第二次轨道机动至外轨道)仿真

接下来,卫星将从转移轨道进行第二次机动,插入一个Maneuver任务,机动类型选择为Impulsive,在Attitude Tab中,选择推力矢量Thrust Vector,将X轴加速改为1465m/s
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点击Engine页,选中Update Mass Based on Fuel Usage(根据燃料使用更新卫星质量)

1.6 任务6(外轨道)仿真

经过第二次机动,卫星将进入外轨道,插入新的Propagator任务段,将其命名为Outer Orbit,Propagator选择为Earth Point Mass,并将轨迹推演持续时间设置为86400s(一天)。
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点击MCS栏坐上角的绿色箭头,运行当前创建的任务段,生成情况如下:
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由此完成卫星轨道转移过程仿真。右键卫星,选择报告,查看卫星的经纬高,可以看到高度(蓝色线)由初始的300km经转移至36000km
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点击Maneuver History,查看轨道机动报告
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其他指标可自行查看,仿真完成!
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更多仿真内容,可以关注公众号“STK建模”查看
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文章来源:https://blog.csdn.net/weixin_42695504/article/details/135786839
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