脈衝變軌

變軌

變軌，改變原有軌跡的統稱。一般指太空飛行器在太空中利用噴射燃料或者其它噴射物，使太空飛行器從一個固定或本身的軌道進入另一個軌道的過程叫變軌。變軌，還指列車從某個軌道，變向另一條軌道。是通過手動或電腦控制兩條軌道之間的折岔來進行的。手動控制，在每個變軌點旁都會有一個控制平台，通過扳下扳手，調整折岔即可。電腦控制，在每個控制站中，基本都會有專門控制折岔轉向的電子控制平台，只要輸入指令，電波就會傳到變軌點旁的控制平台內，使其變軌。

簡介

通常運載火箭將靜止導航衛星送入到一個帶傾角的大橢圓軌道，然後衛星利用自身所攜帶的發動機進行遠地點變軌，將其從轉移軌道注入到地球同步軌道。早期的靜止衛星都是利用固體發動機來進行遠地點變軌的。其特點是推力大，推力作用時間短，可認為是脈衝式變軌。現在，衛星基本上都採用液體發動機進行變軌。液體發動機可進行發動機可進行多次點火，前一次點火中產生的誤差可在以後多次點火期間修正，而且其低推力特性使變軌期間衛星容易維持其三軸穩定性。這時，衝量假設不再成立。由於液體發動機提供的推力較低，可視其為有限推力。同時，液體發動機以其低推力使衛星在變軌期間容易維持三軸穩定等特點而受到設計師們的青睞。

有限推力作用於轉移軌道一個弧段上，由於推力有限，為了減小變軌推進劑消耗和獲得衛星定點時的最大質量，需要對變軌策略進行最佳化。

空間交會中脈衝變軌燃料消耗

脈衝變軌的概念在太空飛行器空間交會的研究和設計中得到廣泛套用，因此研究脈衝變軌時的燃料消耗規律有著重要的工程實際意義關於空間交會中的多脈衝(包括雙脈衝)變軌，國內外發表的很多論文，都主要是基於太空飛行器相對運動線性化方程進行研允國內的研究多集中於軌道平面內的多脈衝變軌最優控制。

向開恒基於太空飛行器在軌相對運動的動力學規律，推導了空間交會中多脈衝變軌的一般算法，在此基礎上可以進行各種形式的最最佳化，包括燃料消耗的最佳化軌道轉移的燃料消耗直接依賴於目標狀態與初始狀態的差，但在更大程度上依賴於軌道轉移的策略

一般情況下，確定變軌目標後，雙脈衝變軌的燃料消耗明顯地依賴變軌時間(兩次脈衝之間的間隔時間)及其與軌道周期等的關係。通過對太空飛行器相對運動方程的研究，發現在特定條件下，很小的軌道機動也會消耗很多的燃糕在對雙脈衝變軌精確動力學模型的研究基礎上，提出了相應的解釋，燃料消耗曲線中的奇異點並不完全由線性化引起，確認了雙脈衝變軌條件下的“不可達點”及其附近的“高耗能區域”。

向開恆以雙脈衝變軌燃料消耗規律的研究為基礎，進行了多脈衝變軌的變軌策略研允研究表明，多脈衝變軌並不比雙脈衝變軌更省燃料，但是採用多脈衝變軌可以提高變軌精度和最佳化運動軌跡。

小衛星星座的最優脈衝變軌研究

在衛星套用中，局部定位與監視衛星系統在軌道上以星座的形式工作。美國的“白雲”衛星系統是局部定位與監視衛星系統的典型代表在發展局部定位與監視衛星系統中，星座的發射是一項關鍵技術由於火箭的發射精度和變軌能力的限制，火箭很難直接發射衛星而形成星座星座的發射，首先用火箭分別將衛星發射到初軌，然後，衛星進行變軌而形成星座。王志剛針對三星異軌星座，利用脈衝變軌原理，進行星座的變軌研允擬採用一箭三星發射，然後進行變軌，使衛星按星座布局入軌為了使衛星攜帶的燃料最少，需要進行變軌脈衝的最佳化設計。

脈衝變軌原理認為速度的變化在一瞬間完成，脈衝前後的速度突變，而位置不變。利用這一原理可以進行衛星星座脈衝式變軌研究。

王志剛研究了小衛星星座建立時的最優軌道控制。仿真結果表明，採用遺傳算法進行脈衝變軌最佳化設計是有效的，所得結論適用於小衛星星座的變軌的一般情況

另外，這裡對脈衝變軌的工程實現作初步探討。在實際中，脈衝前後的速度不可能突變，而是連續變化的，因為脈衝突變只有在發動機推力為無限大時才能實現，而發動機的推力不可能無限大然而，如果發動機的工作時間比較短，當發動機的工作時間遠小於衛星變軌時間時，可用脈衝理論來研究變軌，即把變軌推力轉化成脈衝形式，但這時要對發動機的點火時間進行修正。