54、航天器轨道控制与故障估计技术解析

航天器轨道控制与故障估计技术解析

1. 航天器轨道参数基础

在航天器轨道研究中，涉及多个重要参数。首先是航天器的位置和运动相关参数，其中 (r) 代表航天器到地球中心的距离，(v) 是航天器的速度，(\theta) 为航天器的地心经度，(\varphi) 是地心纬度，(\gamma) 是航天器速度与当地水平面的夹角即飞行路径角，(\psi) 是航天器速度与当地北极方向的夹角也就是飞行路径的方位角，(\sigma) 是航天器绕速度方向的滚动角，也被称为倾斜角，它同时也是航天器产生的气动力升力方向与当地垂直线的夹角。

当地重力加速度 (g) 可由公式 (g = \frac{\mu_{earth}}{r^2}) 计算得出，其中 (\mu_{earth}) 是地球的引力常数。

另外，航天器的气动阻力加速度 (D)、气动升力加速度 (L) 以及升阻比 (K) 的计算公式如下：
[
\begin{cases}
D = \frac{1}{2} \cdot \rho \cdot v^2 \cdot C_D \cdot \frac{S}{m}\
L = \frac{1}{2} \cdot \rho \cdot v^2 \cdot C_L \cdot \frac{S}{m}\
K = \frac{L}{D} = \frac{C_L}{C_D}
\end{cases}
]
这里的 (D) 和 (L) 代表气动阻力加速度和气动升力加速度（研究中对航天器质量进行了归一化处理），在有限的工作条件下，(K) 被视为常数。

轨道相关的关键参数还包括半长轴 (a)、偏心率 (e)、轨道倾角 (i) 和轨道机械能 (