Пропагатор околоземной орбиты SGP4 ( упрощенное общее возмущение ) был разработан NORAD , чтобы позволить пользователям генерировать краткосрочные прогнозы положения спутников с использованием двух наборов линейных элементов (TLE), распространяемых NORAD. Метод основан на средних значениях.
Спутник будет использовать GPS, но, поскольку он потребляет много энергии, можно использовать пропагатор между включением и выключением GPS. Пропагатор будет SGP4 или на основе пропагатора J2 и т. д. и будет снова и снова численно интегрироваться для оценки положения и скорости спутника.
Можно ли использовать SGP4 в качестве бортового распространителя?
Первый вопрос, который вы должны себе задать, звучит так: нужно ли космическому кораблю знать свое положение? Многим, если не большинству космических аппаратов эта информация не нужна. Наземной команде просто нужно знать, когда планировать маневры, а это означает, что только наземная команда должна знать положение космического корабля, а не сам космический корабль.
Если космическому кораблю действительно необходимо знать свое собственное положение, то одного пропагатора недостаточно для бортового определения орбиты (OD). Что касается определения орбиты, как это определено в «Статистическом определении орбиты» Schutz et al. 2004, решение проблемы включает не только положение и скорость космического корабля, но и неопределенность этого положения и скорости. Пример того, как это может работать, доступен здесь: вы заметите, что графики включают ошибку между истинным состоянием космического корабля и предполагаемым состоянием (зеленые точки), а также неопределенность (красная линия). При использовании любого типа пропагатора, будь то SPG4, который был первоначально выпущен в 1988 году, или самые последние и лучшие модели, «решением» будут только положение и скорость космического корабля. Согласно приведенному выше определению, это не соответствует полностью определенному решению определения орбиты. Наоборот, это соответствует «распространенному состоянию космического корабля», которое может быть буквально на сотни километров по сравнению с правдой. Например, разница между эффектом не-J2 и эффектом J2 составляет 0,097 км всего за один день .. Я рекомендую вам запустить несколько различных симуляций в GMAT НАСА, чтобы сравнить конечные состояния космического корабля, используя различную точность гармоник и сопротивления.
В частности, пропагатор SPG4 может дать космическому кораблю очень приблизительную оценку того, где он находится, но динамика реального космического корабля слишком сложна, чтобы ее мог определить любой пропагатор сам по себе без каких-либо измерений и без запуска OD-фильтра.
Ему потребуются некоторые измерения окружающего мира (посредством показаний GPS или проходов слежения за землей), чтобы точно определить его состояние и неопределенность в его состоянии. Более того, если модуль GPS считается энергоемким, то вычисления, необходимые для SGP4, также, вероятно, будут считаться слишком энергоемкими.
Птицы LEO могут быть оснащены GPS-модулем, который может обрабатывать скорости космического корабля (обычно они ограничены ITAR, но ничто не мешает вам разработать свой собственный чип). При оснащении GPS-модулем возможны две стратегии OD.
Во-первых, космический корабль мог бы хранить на борту каждое из измерений и передавать их на землю по запросу. Затем наземная команда самостоятельно определяла решение OD, чтобы точно определить орбиту космического корабля. Затем команда загрузит файл маневра на основе наземного распространения траектории космического корабля.
Во-вторых, если космическому кораблю необходимо знать свое собственное положение без наземной поддержки, ему необходимо запустить бортовой фильтр Калмана. Фильтр Калмана позволит космическому кораблю совмещать измерения GPS с ожидаемой моделью его динамики (например, гравитационное поле Земли, модель сопротивления, положение планет и т. д.) и вычислять оценку его положения и скорости (и, возможно, других параметров). ), а также неопределенность его состояния.
Выполняя навигацию космического корабля в процессе эксплуатации, аналитик OD будет запускать множество различных фильтров с небольшими изменениями в динамической модели. Например, в случае миссии GRAIL вокруг Луны аналитики смоделировали небольшие маневры в своей «истинной модели», чтобы учесть ошибки в гравитационном поле, которые не были полностью поняты учеными и инженерами во время миссии.
Многие спутники не имеют никаких измерений положения или скорости. Таблицы временных меток, включая состояние спутника, магнитный и солнечный вектор, загружаются с земли, и спутник использует их для управления ориентацией и маневрами управления орбитой.
Спутник LEO может использовать функции GPS и OD для получения состояния спутника, не завися от наземных обновлений. Эта возможность позволяет спутнику использовать замкнутый контур управления орбитой и ориентацией, поскольку теперь у него есть обратная связь в реальном времени.
SGP4 может использоваться в качестве бортового пропагатора либо в качестве резервного в случае сбоя GPS, либо в качестве основного пропагатора, если нет необходимости знать точное положение спутника. Точности определения местоположения в несколько километров более чем достаточно для многих случаев использования, включая групповые полеты. Приемник GPS потребляет много энергии, которая может быть недоступна все время (например, в 1U CubeSats). SGP4 требует очень ограниченной вычислительной мощности, и единственным необходимым вводом является TLE и время.
Численное распространение, основанное на TLE, быстро накапливает ошибку относительно реального положения спутника. Ошибка будет уменьшаться каждый раз, когда на спутник загружаются новые измерения TLE. NORAD обновляет каталог TLE почти каждый день, поэтому свежие TLE можно отправлять на спутник ежедневно, что снижает накопленную ошибку.
Вся инженерия — это компромиссы. Если ожидаемая точность SGP4 достаточна для миссии, используйте ее и сэкономьте деньги на пригодном для использования в космосе GPS-приемнике.
ооо
ооо
КрисР
ооо
ооо
КрисР
КрисР