洛仑兹力卫星编队控制

摘要

在轨运动的人造地球卫星会产生带电现象，与地球磁场相互作用从而受到洛仑兹力摄动。本文分析了两种带电模式对经典轨道根数长期变化的影响：1）假设卫星带电量恒定；2）卫星前半个轨道周期带电，后半周期不带电。我们发现恒定带电模式可以有效地改变卫星轨道升交点赤经和升交点幅角，对半长轴、偏心率和轨道倾角几乎不产生长期影响；而非恒定带电模式则可以有效地改变轨道偏心率。基于洛仑兹力作用下轨道根数长期变化规律以及轨道根数差描述的卫星相对运动模型，本文提出了利用洛仑兹力实现地球低轨近圆参考轨道卫星编队的控制策略，包括编队大小重构、编队中心漂移以及J2不变编队，解析求解了卫星所需的带电量，并且利用数值仿真验证了控制策略的可行性以及解析结论的正确性。需要指出的是，洛仑兹力轨道控制无需消耗任何推进工质。