火星环绕器环火轨道的角动量管理方法

信思博，顾 强，郑艺裕，赵训友

上海卫星工程研究所，上海 200240

0 引 言

深空探测器受运载发射能力限制，携带的燃料有限，在任务末期往往所剩无几，为延长工作寿命应节约使用.例如卡西尼、伽利略等探测器均因燃料耗尽，防止污染地外天体被迫结束任务[1].

中国首颗火星探测器包括环绕器和着陆器两部分，环绕器在完成制动捕获、两器分离后，进入任务末期的中继通信和科学探测任务阶段，此时环绕器运行在偏心率约0.6的椭圆轨道上.由于火星上磁场极其微弱，磁力矩干扰可以忽略不计[2]；大气较地球稀薄很多，气动阻力微乎其微；此时重力梯度力矩和太阳光压力矩是主要的空间干扰力矩，除必要的轨道维持外，燃料消耗主要用于卸载二者引起的角动量累积[3-4].

不同于常规地球低轨卫星磁卸载是主要的角动量管理方式，火星的磁场微弱，探测器只能采用喷气卸载，因此在满足任务需求的前提下尽可能减少喷气次数，可以大大延长探测器工作寿命.戴居峰等[5]提出了利用卫星两翼帆板不同角度偏置，产生绕对日轴的涡轮力矩实现角动量平衡管理，并在嫦娥二号上进行了相关测试，辨识出了帆板反射系数等参数，但该方法牺牲了探测器业务工作能力，仅能维持安全状态.赵晓峰等[6]通过主动控制姿态机动改变卫星迎风面面积，利用气动阻力进行被动式轨控，实现卫星编队伴飞运动的长期稳定.该方案仅适用在500 km以下高度飞……