基于高精度回归共振的掩星观测轨道设计

作     者：张依宁 温昶煊 庞博 朱天昊 何嘉欣 金紫涵 

作者机构：北京理工大学宇航学院 

出 版 物：《航空学报》 (Acta Aeronautica et Astronautica Sinica)

年 卷 期：2023年

核心收录：

学科分类：08[工学] 

主　　题：掩星观测 轨道设计优化 回归轨道 共振轨道 未来飞行器创新大赛 

摘      要：基于遥感卫星的掩星观测技术被广泛用于地球大气中的温室气体浓度监测。与传统光学观测不同，掩星观测需由“信源星和“观测星协作、在满足严格观测几何约束下才能完成，这使得掩星观测的轨道设计问题更加困难。为提升掩星观测能力，论文提出一种基于高精度回归共振的掩星观测轨道设计方法。首先，将掩星观测几何约束从切点高度约束等价转化为地心夹角约束，实现对任意轨道构型下连续掩星观测弧段和覆盖能力的快速评估。然后，利用回归和共振轨道特性，建立了大样本的“信源-观测轨道构型库，为掩星观测轨道设计提供基础解集。最后，以对主要碳排放区域的覆盖能力作为主要性能指标进行寻优，并利用微分修正构造J2摄动下的高精度回归共振观测构型，完成掩星观测信源星和观测星的轨道设计。结果表明，所给高精度回归共振掩星观测轨道构型，不仅保证了周期性长弧段的掩星观测，还实现了观测几何的长期稳定保持。所提方法成功用于第8届中国研究生未来飞行器创新大赛“碳卫星大气观测轨道设计与优化挑战赛，并摘得了该赛事的冠军。