Стабилизация и изменение орбиты ИСЗ силой светового давления

• Автор: Щербакова, Наталия Николаевна
• Шифр специальности: 01.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 89 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
1. Введение.
2. Глава 1. Стабилизация гелиосинхронных орбит ИСЗ силой светового давления.
1.1. Уравнения движения спутника.
1.2. Исследование усредненных уравнений Лагранжа.
1.3. Уравнения движения спутника во вращающейся системе координат.
1.4. Симметричные периодические решения.
1.5. Несимметричные периодические решения.
1.6. Интегральная поверхность гелиосинхронных орбит.
1.7. Эволюция гелиосинхронных орбит.
3. Глава 2. Изменение высоты орбиты ИСЗ силой светового давления. Анализ
с использованием упрощенных уравнений движения спутника.
2.1. Уравнения движения спутника.
2.2. Движение спутника относительно центра масс.
2.3. Оценка влияния светового давления на эволюцию орбиты спутника.
2.4. Расчет орбитального движения спутника.
2.5. Сценарий вращательного движения спутника.
2.6. Долговременная эволюция движения.
4. Глава 3. Изменение высоты орбиты ИСЗ силой светового давления. Анализ
с использованием полных уравнений движения спутника.
3.1. Периодический колебания спутника в режиме одноосной гравитационной ориентации.
3.2. Долговременная эволюция движения.
5. Заключение.
6. Литература.
7. Иллюстрации.

Введение
Световое давление солнечных лучей является одним из основных факторов, возмущающих движение высокоорбитальных искусственных спутников Земли (ИСЗ). Возмущения, создаваемые световым давлением (так называемые радиационные возмущения), особенно значительны для ИСЗ с большой парусностью, т.е. с большим отношением площади поперечного сечения к массе. К таким ИСЗ относятся прежде всего спутники-баллоны, а также спутники, несущие обширные солнечные батареи. Необходимость изучения влияния светового давления на движение ИСЗ обусловлена желанием расширить область применения космической техники и стремлением повысить точность теорий движения средне- и высокоорбитальных спутников.
Исследование влияния светового давления на движение ИСЗ началось вскоре после запусков первых искусственных спутников — необходимо было объяснить ряд неожиданных эффектов в эволюции орбит, не согласующихся с теориями движения, учитывавшими лишь гравитационные и атмосферные возмущения. В общем потоке работ, посвященных данному вопросу, можно выделить несколько основных направлений. Во - первых, исследования общих задач эволюции орбит спутников под действием светового давления без учета движения спутника относительно центра масс. Внешняя оболочка спутника при этом считается сферой. Во - вторых, учет влияния светового давления на движение спутников сложной геометрической формы. Здесь в ряде случаев требуется учитывать движение спутника относительно центра масс. В - третьих, разработка различных методов учета тени Земли и исследование вызываемых ею возмущений. В - четвертых, исследование влияния отраженного от Земли света. Тема данной диссертации относится к первым двум направлениям. Остановимся коротко на основных публикациях в этой более узкой области.
Первыми публикациями, посвященными исследованию влияния на ИСЗ возмущающих эффектов солнечной радиации без учета влияния тени Земли, по-видимому, были работы Musen [1] и Shapiro [2]. В этих работах было проведено сравнение результатов наблюдений ИСЗ Vanguard 1 с результатами численного интегрирования уравне-
ний его движения. На основе этого были получены первые оценки величины светового давления. Последовавшие вскоре запуски легких спутников-баллонов Echol, Echo2, Dash2 и Pageos позволили существенно улучшить эти оценки. Особенную роль здесь сыграл запуск спутника-сферы Echol ( диаметр внешней оболочки 30 м, масса 60 кг). Полученный в результате наблюдений этого спутника обширный материал использовался затем при разработке и проверке аналитических теорий движения ИСЗ, учитывающих световое давление.
Широкое распространение в задачах изучения влияния светового давления на движение ИСЗ получил метод Y.Kosai [3, 4]. Метод основан на разложении орта направления ” Земля — Солнце” по осям орбитальной системы координат, связанной с центром масс спутника. Выражая проекции этого орта через элементы орбиты спутника и долготу Солнца, Kosai удалось аналитически проинтегрировать уравнения возмущенного движения на одном орбитальном витке в предположении о неизменности элементов орбиты и положения Солнца. Тень от Земли учитывалась численно. Этот метод применялся впоследствии во многих исследованиях. Отметим в этой связи, например, работы Е.Н.Поляховой [5 - 7].
Предметом довольно большого числа публикаций была проблема резонанса, определяемого соизмеримостью средней угловой скорости движения Солнца по эклиптике с угловыми скоростями вековых движений перигея и восходящего узла орбиты под влиянием гравитационных эффектов несферичности Земли. Впервые этот резонанс был обнаружен в движении спутника Vanguardl [2,8]. Для этого спутника соотношение угловых скоростей оказалось таким, что перигей его орбиты был все время повернут к Солнцу, причем высота перигея быстро уменьшалась. Теоретические исследования указанного эффекта принадлежат P.Musen [1], I.Shapiro [9], D.Brouwer [10,11], Е.Н.Поляховой [5, 12, 13], M.Hough [14,15].
Для исследований радиационных возмущений также успешно применялись методы усреднения, в частности метод Крылова - Боголюбова. Впервые этот метод для определения радиационных возмущений применил В.В.Радзиевский [16]. Ю.А.Черников [17], пользуясь этим

орбиты соответствуют решению краевой задачи (1.14), (1.22), приведенному на рис. 1.5.3 и рис.1.57. Результаты интегрирования представлены на рис. 1.7.1, 1.7.2. Здесь по оси абсцисс отложено время в годах. Как видно из рисунка, элементы орбиты испытывают колебания около некоторых средних значений. При этом диапазон значений к достаточно мал и гелиосинхронность как свойство орбиты сохраняется в течении всего рассматриваемого промежутка времени.