衛星編隊飛行具有廣闊的套用前景，為此套用軌道根數研究衛星編隊飛行的相對運動，得到了精確的相對運動軌跡對。軌道共面、軌道不共面，小偏心率橢圓軌道(包括圓軌道)、大偏心率橢圓軌道等情況進行了對比，對各種可能出現的軌道構形進行了歸類。研究表明：衛星編隊的條件是軌道半長軸相等，相對軌道構形依賴於中心衛星與伴隨衛星的相對軌道根數，而與中心衛星的軌道根數無關。
基本介紹
- 中文名：相對軌道構形
- 外文名：Relative orbit configuration
- 學科：航空航天
- 類型：飛行術語
- 套用：衛星編隊飛行
- 有關因素：中心衛星與伴隨衛星相對軌道根數
背景,簡介,相對軌道要素與衛星編隊構形的關係,
背景
衛星群編隊飛行是近年來國內外廣泛關注的一個熱點。編隊飛行是一種新的衛星組網方式，是指若千顆衛星運行在相互接近的軌道上並構成一個特定形狀，各顆衛星在保持這個形狀的同時，以相同的軌道周期繞地球飛行。它們協同工作，共同承擔信息獲取、處理與傳輸等任務，實現複雜的系統功能。整個星群也可構成一個大的“虛擬衛星”。
衛星編隊飛行有著很廣的套用領域，包括對地觀測、偵查定位、大氣探測和地球物理探測等。目前國外已經斥資完成或開展了許多編隊飛行任務，如盛世計畫地球觀測者1號、飛行任務、技術試驗衛星(TechSat-21)計畫圓等。我國衛星編隊飛行技術方面的研究起步較晚，但進展迅速，近年來中國己有不少學者在這方面做了一些有益的工作，針對編隊飛行技術提出了相應的研究計畫，積極跟蹤此項技術的發展。
衛星在實際飛行過程中，將受到地球引力、大氣、太陽光壓等攝動因素的影響。在所有的攝動因素中，地球引力二階帶諧係數Jz項的影響最大。如果在Jz項攝動下能設計出比較穩定的編隊構形，將會大大提高整個飛行任務的效率。
不同的編隊飛行任務對編隊衛星之間的相對構形要求是不一樣的，編隊飛行衛星可以分布於同一軌道面，也可運行在不同的軌道面上，而不同的編隊構形受地球引力攝動影響是不一樣的。
簡介
衛星編隊飛行具有廣闊的套用前景，為此套用軌道根數研究衛星編隊飛行的相對運動，得到了精確的相對運動軌跡對。軌道共面、軌道不共面，小偏心率橢圓軌道(包括圓軌道)、大偏心率橢圓軌道等情況進行了對比，對各種可能出現的軌道構形進行了歸類。研究表明：衛星編隊的條件是軌道半長軸相等，相對軌道構形依賴於中心衛星與伴隨衛星的相對軌道根數，而與中心衛星的軌道根數無關。這些結論為編隊飛行的任務設計提供了理論依據。
在編隊飛行的構形分析和控制方面，己經提出了許多方法。如以相對位置保持為目的的混合控制方法，以相對位置保持為目的的全狀態反饋控制方法，針對橢圓軌道為非線性系統設計的輸出反饋控制方案等。在這些方法中，對微小衛星編隊飛行相對運動的求解大多套用Hill方程(也稱C-W方程)。研究發現：Hill方程的前提假設和近似處理可能使其結論和實際情況有所偏差。李響等基於軌道根數計算微小衛星的編隊飛行，得到精確的相對運動軌跡。這些結果不僅可以套用於編隊飛行最初的隊形設計，也可以為編隊過程中控制方法的設計提供動力學依據。
李響等提出了一種計算微小衛星編隊飛行相對運動軌跡的精確方法。當衛星滿足編隊的前提條件時，計算得到的編隊相對軌道形狀可以是直線、橢圓、由橢圓衍生的平而封閉曲線以及扭曲的空間封閉曲線等。適當地選擇各參數可以改變相對軌跡的形狀、大小和空間角度，從而獲得所需要的構形。例如，偏心率減小將使得構形向橢圓接近，僅近地點幅角。不同時，相對運動的構形近似為直線。其他軌道參數都相同的時候，軌道傾角的不同主要影響二方向的相對距離。
相對軌道要素與衛星編隊構形的關係
當編隊飛行任務不要求編隊衛星之間有法向相對運動時，設計編隊隊形時可以使伴隨衛星與基準衛星具有相同的軌道傾角及升交點赤經。伴隨衛星與基準衛星運行於同一軌道平面上。這種情況下，
攝動項對相對構形的影響是非常小的，只會引起相對構形少量的漂移，相對構形在攝動下可以較好地自然維持。
有些編隊飛行任務需要編隊衛星之間有相對的法向運動，例如，如果要利用編隊星座來形成一個大的合成孔徑，要求伴隨衛星與基準衛星之間在基準軌道平面外有相對軌道運動。
伴隨衛星與基準衛星的相對法向運動是由其升交點赤經差以及傾角差共同決定的。傾角差會使得相對法向運動最大值出現在基準軌道最高緯度的地方，相反地，升交點赤經會使得相對法向運動最大值出現在赤道平面。如果伴隨衛星與基準衛星採用相同的軌道傾角，通過升交點赤經差來形成編隊衛星的相對法向運動，則根據文獻，
攝動項也只會引起相對軌道少量的漂移，構形可以比較自然地保持穩定(如圖所示)。
並不是所有編隊飛行任務要求的相對法向運動都可以採用升交點赤經差來形成的，例如，如果飛行任務要求編隊星座在運行過程中都能合成一個大的孔徑，則要求伴隨衛星相對於基準軌道衛星既有相對傾角差又有相對升交點赤經差。如果編隊衛星之間的傾角不相等，編隊構形受攝動影響是比較大的，構形在攝動影響下可能會受到破壞從而影響飛行任務的完成。
