失效卫星的太阳力矩平均旋转动力学
地球与行星天体物理
2022-10-31 v2
摘要
对地同步地球轨道(GEO)中失效卫星的自旋状态预测对于主动碎片清除与在轨服务任务,以及材料脱落研究和姿态相关的太阳辐射压力(SRP)建模具有重要价值。先前研究表明,太阳辐射力矩可通过 Yarkovsky-O'Keefe-Radzievskii-Paddack (YORP) 效应解释某些 GEO 物体的观测自旋状态演化。这些研究主要聚焦于匀速旋转。然而,许多物体处于非主轴旋转(即翻滚)状态。近期对退役 GOES 8-12 卫星族的翻滚状态探索揭示了引人入胜的 YORP 驱动行为,包括自旋-轨道耦合、翻滚周期与翻滚周期共振。为更好地探索和理解翻滚状态,我们建立了一种半解析的翻滚平均旋转动力学模型。推导过程需要对由 Jacobi 椭圆函数定义的卫星无扭矩旋转进行解析平均。平均化借助面元照明函数的二阶傅里叶级数近似实现。该平均模型能够捕捉并解释完整动力学的整体长期行为,同时将计算时间缩短约三个数量级。这一计算效率的提升有望实现对失效卫星与火箭体的通用长期旋转动力学的快速探索。
引用
@article{arxiv.2210.13380,
title = {Averaged Solar Torque Rotational Dynamics for Defunct Satellites},
author = {Conor J. Benson and Daniel J. Scheeres},
journal= {arXiv preprint arXiv:2210.13380},
year = {2022}
}