航天器轨道原理及任务规划

责任编辑：系统管理员 2020-2-18 0:12:00 浏览：49215

一、项目名称

航天器轨道原理及任务规划

二、教学目标

依托构建的仿真与规划、多维可视化、实验结果分析与评估等仿真模型，开展空间态势仿真分析、航天器轨道虚拟仿真、航天器对地观测任务规划、交会对接任务规划与仿真等虚拟仿真实验，帮助学生深刻理解并掌握空间态势、典型卫星星座分布特点、航天器轨道原理、航天任务规划等专业知识，锻炼航天器对地观测和在轨机动交会等航天任务设计与规划基本能力，有力支撑空天技术概论、空天飞行力学、航天系统优化方法等航空航天类专业本科核心课程教学。

三、实验内容

本项目完全以虚拟仿真软件作为支撑，包括四个独立运行，又相互衔接的虚拟仿真实验模块。每个实验模块都有功能完善的单机运行版，为满足实时在线流畅运行等要求，网络版略有裁剪。

（1）空间态势分析

基于空间态势分析模块，开展空间目标整体态势分析和典型卫星星座运行态势分析两类实验。

i 空间目标整体运行态势分析

通过实验案例选择可查看全球、美国、俄罗斯、中国等空间目标在轨分布及运行态势。

ii 按国别、按类别的典型卫星星座仿真分析

通过实验案例选择可查看中国导航卫星、美国导航卫星、中国通信卫星、美国铱星星座等在轨分布及运行态势，掌握典型卫星星座特征。

（2）航天器轨道原理虚拟仿真实验

基于航天器轨道原理仿真模块，开展轨道根数分析、卫星星下点轨迹分析和卫星在轨加速与刹车原理分析三类实验。

i 轨道根数分析验证实验

通过在自定义轨道子模块部分更改轨道半长轴、轨道偏心率、轨道倾角、升交点赤经、近地点幅角等轨道根数，观察、分析卫星轨道形状、轨道位置的改变和特点，了解轨道进动等难点内容。

ii 卫星星下点及星下点轨迹验证实验

通过更改卫星轨道根数，分析卫星星下点轨迹变化和几类典型轨道运行特点及星下点轨迹形状。

iii 卫星加速与刹车原理分析实验

通过在轨道机动子模块部分加速和减速，在当前瞬时给卫星提供一个瞬时速度增量（正向或反向），分析卫星运行轨道的变化，掌握卫星在轨加速和刹车操作与地面的差异及原因。

（3）航天器对地观测任务规划

基于航天器对地观测任务规划模块，开展对地观测空间几何关系分析、航天器观测任务规划和快速响应观测轨道机动任务规划三类实验。 

i 对地观测空间几何关系分析

通过设置相机参数，并改变视点、放大缩小模型，分析视线及视场地面投影区域的变化，掌握卫星、相机、地面目标的空间几何关系。

ii 航天器观测任务规划

通过加载案例场景，读入航天器轨道参数、相机参数、地面目标参数，规划计算航天器观测地面目标的相机开关机时间与指向摆角；下载在线规划结果，与学生离线规划结果对比，分析差异及原因。

iii 航天器快速响应观测机动任务规划

通过加载案例场景，读入航天器轨道参数、相机参数、地面目标参数、允许最大速度增量，规划计算航天器观测地面目标需要的轨道机动参数，以及对应的相机开关机时间与指向摆角；下载在线规划结果，与学生离线规划结果对比，分析差异及原因。

（4）空间交会任务规划与仿真

基于空间交会任务规划与仿真模块，开展轨道系不同坐标轴零初速释放相对运动轨迹仿真、沿不同坐标轴进行脉冲机动的轨迹仿真、脉冲机动交会任务规划与仿真三类实验。

i 轨道系不同坐标轴零初速释放相对运动轨迹仿真

通过加载案例场景，选择不同的坐标轴零初速释放，生成相对运动轨迹，分析不同相对运动轨迹的特点；下载在线计算结果，与离线结果进行对比分析。

ii 沿轨道系不同坐标轴进行脉冲机动的轨迹仿真

通过加载案例场景，选择不同的坐标轴方向施加脉冲机动，生成相对运动轨迹，分析机动方向及大小对相对运动轨迹的影响；下载在线计算结果，与离线结果进行对比分析。

iii 近距离脉冲机动交会任务规划与仿真

通过加载案例场景，读入初始与终端相对位置速度、交会轨道转移时间、机动次数，通过软件优化生成相对运动轨迹、各次机动时间、机动脉冲参数；下载在线计算结果，与离线规划结果进行对比，分析差异及原因。