同步轨道带物体轨道长期演化规律及运动稳定区域研究-东篱科研大数据发现系统（DRDS）

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同步轨道带物体轨道长期演化规律及运动稳定区域研究

项目名称：同步轨道带物体轨道长期演化规律及运动稳定区域研究
项目类别：重点项目
批准号：11033009
申请代码：A0307
项目来源：国家自然科学基金
研究期限：2011-01-01-2014-12-31

项目负责人：赵长印
依托单位：中国科学院紫金山天文台
批准年度：2010

中文摘要：

同步轨道带物体运动包含着比较复杂的动力学现象，同时，地球同步轨道又具有重要应用价值，本项目以同步轨道带物体为研究对象，研究目的在于给出同步轨道带物体在长期演化下的完整三维运动图像和轨道特征分类数据库。主要研究内容包括轨道半长径和经度的稳定范围；轨道面的演化规律及变化范围；大面质比物体轨道偏心率及倾角等的变化区间；给出更科学的地球同步轨道带定义，并给出按轨道特征分类的数据库；其它天体同步轨道带物体运动特征。本项目研究将借鉴在太阳系小天体运动稳定区域研究中采用的方法，以简化模型的理论分析为基础，辅以实际观测和历史资料分析，主要通过稳健的数值方法来完成。本项研究将丰富和完善对同步轨道带物体轨道长期演化规律及运动稳定区域的知识，研究给出的定量结果以及数据库同时在同步轨道有效利用、保护区设置等方面具有重要的应用价值。

中文主题词：同步轨道带；空间碎片；长期演化；运动稳定区域；变化范围

英文摘要：

Geosynchronous ring；Space debris；Long-term evolution；Stable region of motion；Variation range

英文主题词： Geosynchronous ring；Space debris；Long-term evolution；Stable region of motion；Variation range

结论摘要：

建立了同步轨道带物体轨道运动的扩展化理想共振模型，给出了完善的二维相平面结构，从理论上解释了同步轨道带物体运动的双平动以及左右单平动不对称现象，弥补了原来理想共振模型的不足；给出了二维相平面结构的主要特征参数，包括平衡点、最大平动半宽度和平动周期，这些参数确定了同步轨道带物体在径向和经度方向的稳定区间；通过实际摄动作用下同步轨道带物体轨道运动的长期数值演化分析，验证了扩展化理想共振模型可以完全刻画轨道运动的二维相平面结构，并且能够保持稳定。以5颗北斗倾斜同步轨道卫星为例，通过理论分析和数值计算，详细探讨了倾斜同步轨道的长期动力学演化。分析给出了轨道倾角变化范围的解析表达式。发现与常规的低倾角同步轨道不同，高倾角倾斜同步轨道的偏心率在长期演化过程中会增大到很高的值，机构间空间碎片协调委员会(IADC)所推荐的同步轨道卫星的弃置策略对倾斜同步轨道卫星不再适用，进而提出了倾斜同步轨道卫星的一种新的减缓策略通过选择合适的发射时间(即初始升交点经度)，可以显著降低任务结束后卫星的在轨寿命。同时，从理论上定性解释了日月共振引起高倾角倾斜同步轨道在长期演化过程中偏心率增大的力学机制。通过统计分析，得到了同步轨道带空间碎片在轨道面上和地理经纬上的分布特征，并利用解析表达式从理论上解释了这些特征。根据理论研究结果，给出了同步轨道带的分类定义。建立了仅由一组轨道根数确定同步轨道带空间碎片运动状态和运动参数变化范围的方法，并通过计算机程序予以实现。利用程序判断了已编目的同步轨道带空间碎片的运动状态，给出了一系列运动参数变化范围的具体值，并与历史观测数据做了比较，结果表明我们建立的方法非常有效。基于动力学研究成果，优化搜索策略，结合一系列改进的观测图像处理方法，使用多台自主观测设备对我国上空的同步轨道带区域进行搜索，获得60余万有效观测弧段，测定956个空间物体的轨道参数，其中896个与国外公布的两行根数(TLE)数据一致，60个为新发现的未公开物体。利用我们建立的方法确定了这些物体的运动状态，建立了同步轨道带物体的分类数据库。探讨了火星、月球、金星同步静止轨道的特征，建立了火星非球形引力位田谐项联合摄动分析解。本项目研究出版英文专著1部，发表(含在线发表)期刊论文44篇，培养博士5名、硕士7名。

成果综合统计