典型轨道环境效应及对在轨卫星影响分析

曹喜滨，路同山

（1.哈尔滨工业大学，黑龙江 哈尔滨 150001；2.上海卫星装备研究所，上海 200240；3.上海空间环境模拟与验证工程技术研究中心，上海 200240）

0 引言

空间轨道决定了卫星载荷功能实现、探测几何位置、寿命设计基线、运载发射成本等。现阶段各国通信导航、气象资源、军事侦察等卫星主要运行在低地球轨道（Low Earth Orbit，LEO）、太阳同步轨道（Sun Synchronous Orbit，SSO）、地球同步轨道（Geosynchronous Earth Orbit，GEO）、中地球轨道（Middle Earth Orbit，MEO）等，基本实现了卫星系列化运行，支撑国民经济、人民生活、军事战略等应用需求，能力也不断发展提升。

随着卫星定点观测、快速重访、星链通信、空间攻防、科学探索等方面应用需求的日益多样化，卫星应用向多轨道组网体系化、侦察对抗战术化发展，各航天大国对空间轨道资源的挖掘与拓展不断加强。超低轨道、椭圆轨道、7 000～8 500 km 中轨道、坟墓轨道、拉格朗日点轨道等，具有特别的位置优势，逐渐成为各国关注的重点。目前空间主要轨道分布情况如图1 所示。

图1 空间主要轨道分布示意图Fig.1 Distribution diagram of major orbits in space

1996 年，美国国家航空航天局（NASA）统计了由空间环境因素导致的卫星在轨故障，如图2 所示［1］，分析了113 颗卫星出现异常和失效的案例，结果表明空间粒子辐射、等离子体、空间碎片等空间特殊环境是导致卫星故障的重要因素。2001 年，美国宇航公司统计了由空间环境效应造成的298 颗卫星在轨故障原因，如图3 所示［2］，可以看出，空间特殊环境带来的单粒子效应、充放电效应等造成的卫星故障已超过环境诱发故障总数的75%。经过数十年的发展，人类对……