對(duì)星近距隨遇懸停的可行性初探

王灝宇，陳 粵，齊維孔

（中國(guó)空間技術(shù)研究院通信衛(wèi)星事業(yè)部，北京100094）

0 引言

目前，中低軌道、同步軌道上分布著眾多各國(guó)軍用、民用衛(wèi)星。對(duì)在軌衛(wèi)星的近距抵近可以開(kāi)展詳查監(jiān)視、在軌維護(hù)與操作。在航天器檢查與維護(hù)、部件替換和交會(huì)對(duì)接等多項(xiàng)在軌服務(wù)任務(wù)中，經(jīng)常會(huì)使用“懸?！奔夹g(shù)，使任務(wù)航天器相對(duì)于目標(biāo)航天器在指定坐標(biāo)系中，長(zhǎng)期穩(wěn)定地靜止于某個(gè)固定點(diǎn)，以增強(qiáng)任務(wù)執(zhí)行的安全性與可靠性［1］。

國(guó)內(nèi)外對(duì)懸停技術(shù)已經(jīng)具有共識(shí)的結(jié)論是［2－5］：嚴(yán)格意義的懸停需要抵近航天器采用能夠提供連續(xù)可變推力的發(fā)動(dòng)機(jī)，以及目標(biāo)航天器各時(shí)刻的位置和方位角信息。

由于航天器采用連續(xù)可變推力發(fā)動(dòng)機(jī)的工程難度大，Hope和Trask［6］提出了一種使任務(wù)航天器以“雨滴”形軌跡的方式實(shí)現(xiàn)在目標(biāo)航天器軌道平面內(nèi)近似懸停的構(gòu)想。饒殷睿和韓潮［7］設(shè)計(jì)了可使任務(wù)航天器在目標(biāo)航天器軌道平面外和平面內(nèi)懸停的“雨滴”懸停軌道，并給出了清晰合理的構(gòu)型描述方法和控制策略：間歇式的脈沖控制策略。

間歇式的脈沖控制策略依靠發(fā)動(dòng)機(jī)間歇式點(diǎn)火提供速度增量，一方面使得懸停時(shí)間受限于燃料消耗；另一方面也只可實(shí)現(xiàn)一定區(qū)域內(nèi)的相對(duì)近距懸停，并非嚴(yán)格的相對(duì)靜止［6－7］。這種懸停方式在超近距離（距目標(biāo)15m范圍內(nèi)［8］）懸停任務(wù)中，無(wú)法為在軌維護(hù)等精細(xì)操作建立長(zhǎng)時(shí)間的相對(duì)靜止條件。

本文提出抵近星平臺(tái)采用連續(xù)推力作用下進(jìn)行近距離（100m～1m）任意定點(diǎn)懸停（稱為隨遇懸停）的抵近控制方案，長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)推力可由一種新型的連續(xù)可變推力發(fā)動(dòng)機(jī)：無(wú)質(zhì)損電磁推力器實(shí)現(xiàn)。這種控制方案可為在軌操作、詳查監(jiān)視等提供長(zhǎng)時(shí)間相對(duì)靜止條件，進(jìn)一步可大大牽引多種在軌操作手段，提升在軌服務(wù)效能。

文章首先分析了抵近星懸停的理論可行性，包括在目標(biāo)星近域內(nèi)的平衡點(diǎn)的存在性分析和基于連續(xù)推力的可控性分析。接下來(lái)分析了抵近星在近距離懸?？刂浦兴璧倪B續(xù)推力特性。然后調(diào)研一種新型的連續(xù)可變推力發(fā)動(dòng)機(jī)：無(wú)質(zhì)損電磁推力器的性能，初步分析了將其用在近距、任意點(diǎn)懸停的可行性。最后，分析了抵近懸停任務(wù)對(duì)抵近星的能力需求。

1 懸?？尚行苑治?/h2>

1.1 平衡點(diǎn)的存在性

懸停要求抵近星在目標(biāo)星附近達(dá)到平衡，從而保持相對(duì)靜止。抵近星在目標(biāo)星附近的動(dòng)力學(xué)方程可由C-W方程描述，平衡點(diǎn)也可由C-W方程的解描述［9］。

如圖1所示，以同步軌道通信衛(wèi)星飛行姿態(tài)為例，坐標(biāo)系中心位于目標(biāo)星中心，X軸沿地心矢徑方向，Y軸沿目標(biāo)星軌道速度方向（指向東），Z軸垂直于軌道平面指向北極方向。抵近星的坐標(biāo)可表示為（x y z）T。

圖1 目標(biāo)星軌道坐標(biāo)系

設(shè)目標(biāo)星不受攝動(dòng)力和控制力，抵近星不受攝動(dòng)力，僅受控制力，控制力在軌道系下為：Fs＝（FxFyFz）T，則抵近相對(duì)運(yùn)動(dòng)方程為［9］：

所需要的軌道保持力為［10］：

式（2）說(shuō)明，在不計(jì)擾動(dòng)的情況下，對(duì)于任意相對(duì)位置的定點(diǎn)懸停要求，存在定常的軌道控制力可以用于定點(diǎn)保持，即隨遇懸停是可行的。此外可以得出結(jié)論：1）懸停所需保持力僅沿X 軸向和Z軸向；2）保持力的大小與質(zhì)量成正比；3）保持力的大小與相對(duì)距離成正比。

1.2 基于連續(xù)推力的懸停可控性分析

將x（t）＝（x（t）y（t）z（t）x（t）y（t）z（t））T視為狀態(tài)量；控制起始的某初始時(shí)刻處于任意點(diǎn)的平衡位置，有x（0）＝（x0y0z0x0y0z0）T，代入到相對(duì)運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)方程，得到：

將（1）、（3）兩式相減，得到：

下面將式（4）轉(zhuǎn)換為狀態(tài)方程，令xe（t）＝x（t）－x（0）（t）＝（t）－（0），設(shè)系統(tǒng)控制輸入為u＝（FxFyFz）T，在此輸入的作用下希望抵近星保持在某一初始位置：x（0）＝（x0y0z0）T處附近，系統(tǒng)的狀態(tài)方程為：

根據(jù)狀態(tài)方程的特征值分析，可見(jiàn)本身在平衡點(diǎn)是不穩(wěn)定的［11］。此外，（0 0 0 3n2x00 －n2z0）T項(xiàng)可作為控制系統(tǒng)的定常擾動(dòng)（僅與目標(biāo)位置相關(guān)）；當(dāng)?shù)纸窃趚（0）除保持平衡時(shí)，因此抵近星需要具有連續(xù)推力 ms（－3n2x00n2z0）T，以抵消定常擾動(dòng)，稱之為保持平衡的常值項(xiàng)（以下稱：常值項(xiàng)）。常值項(xiàng)具有的特點(diǎn)為：1）不間斷的連續(xù)性和2）定常性：僅與期望的保持位置相關(guān)。

令常值項(xiàng)推力：

以及令：u′＝（F′xF′yF′z）T為反饋控制量，則輸入控制可分為反饋控制量和保持平衡常值項(xiàng)的加和：

則狀態(tài)方程演化為：

可知系統(tǒng)能控性矩陣和能觀性矩陣均滿秩。系統(tǒng)即能控又能觀。可以設(shè)計(jì)系統(tǒng)的線性狀態(tài)反饋控制器，令系統(tǒng)的控制輸入具有狀態(tài)反饋形式：

K為反饋系數(shù)矩陣。則狀態(tài)方程演化為：

式中，

從以上分析可以看出，u′＝（F′xF′yF′z）T反饋控制量具有的特征為：1）具有連續(xù)性特征；2）控制推力為變推力。

結(jié)合式（7）分析，抵近星的推力控制需求為：1）長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)推力；2）推力大小可變。推力應(yīng)由兩部分組成：反饋?zhàn)兺屏统Ｖ淀?xiàng)推力。在此種控制推力的作用下，抵近星的近距離懸停是可控的。

2 近距懸?？刂频倪B續(xù)推力需求分析

由于所需的控制力由反饋?zhàn)兺屏?xiàng)和常值項(xiàng)推力的加和組成，在計(jì)及擾動(dòng)時(shí)，抵近星所需的連續(xù)推力需求還應(yīng)考慮橢圓軌道因素和攝動(dòng)因素。

2.1 常值項(xiàng)推力量級(jí)分析

單位質(zhì)量的抵近星所需要的常值項(xiàng)有（－3n2x00n2z0）T的形式，與目標(biāo)星地心距和懸停位置的X向、Z向距離有關(guān)。令單位質(zhì)量的常值項(xiàng)推力具有如下形式：

顯而易見(jiàn)，單位質(zhì)量的常值項(xiàng)推力與懸停位置的X向、Z向距離的關(guān)系為線性相關(guān)，且相互獨(dú)立。單位質(zhì)量的常值項(xiàng)推力隨目標(biāo)星的地心距的關(guān)系如圖2所示。

從圖2可以看出：1）在一定軌道高度，F(xiàn)xconst、Fzconst隨懸停的距離增大而線性增加；2）若需要保持一定懸停距離，F(xiàn)xconst、Fzconst隨著軌道高度的升高而降低。考慮式（6），有：

常值項(xiàng)推力僅分量Fxc、Fzc存在分量。Fxc、Fzc除具有與Fxconst、Fzconst一致的特性之外，還與抵近星質(zhì)量線性相關(guān)。表1比較了不同抵近星質(zhì)量的條件下，F(xiàn)xc、Fzc在近地軌道和同步軌道的量級(jí)變化。

表1 不同抵近星質(zhì)量的條件下，F(xiàn)xc、Fzc在近地軌道和同步軌道的量級(jí)

2.2 橢圓軌道因素分析

橢圓軌道情況下，式（1）中的n應(yīng)被替換為；n＝（μ／r3m）1／2，其中，rm表示目標(biāo)星的瞬時(shí)的地心距［10］。由式（11）可知，F(xiàn)xconst、Fzconst隨目標(biāo)星實(shí)時(shí)地心距時(shí)刻變化，滿足：

由前述分析已知，F(xiàn)xconst、Fzconst的大小在同步軌道高度達(dá)到最小值，在近地軌道高度達(dá)到最大值，因此可認(rèn)為：

式中，nperigee＝ （μ／）1／2，rm＿p為目標(biāo)星在橢圓軌道近地點(diǎn)的地心距；napogee＝ （μ／a）1／2，rm＿a為目標(biāo)星橢圓軌道遠(yuǎn)地點(diǎn)的地心距，最遠(yuǎn)不大于同步軌道衛(wèi)星的地心距。

因此，在目標(biāo)星軌道為橢圓軌道，并且近地點(diǎn)高于300km的情況下，F(xiàn)xc、Fzc將分別在表1所示的每一項(xiàng)懸停位置的最大、最小值之間變化。

2.3 攝動(dòng)因素分析

抵近星受到擾動(dòng)力，會(huì)偏離需要的平衡位置。在軌航天器受到的擾動(dòng)力包括地球J2項(xiàng)攝動(dòng)、月球引力、光壓力等，其中地球J2項(xiàng)攝動(dòng)的影響較為明顯［11-13］。

對(duì)于相對(duì)近距懸停的軌道控制，影響抵近星偏離平衡位置的擾動(dòng)力主要由地球J2項(xiàng)攝動(dòng)力施加在目標(biāo)星和抵近星兩者的差產(chǎn)生［10］。由于抵近星在目標(biāo)星附近很小范圍內(nèi)（100m內(nèi)）懸停，地球J2項(xiàng)攝動(dòng)施加在目標(biāo)星和抵近星的差別，與星間近距懸停所需的作用力相比很小，故可認(rèn)為在懸停保持時(shí)，將引起抵近星偏離某平衡位置的擾動(dòng)力很小［10-13］。

日、月對(duì)于同步衛(wèi)星的攝動(dòng)力與地球中心引力之比［14］分別是0.75×10－5和1.63×10－5。100m 近距域內(nèi)，抵近星的地心距和目標(biāo)星的地心距的差達(dá)到最大值100m 時(shí)，有：rs＝rm±0.1km，此時(shí)太陽(yáng)攝動(dòng)力在抵近星和目標(biāo)星上引起的加速度的差為：

同理，100m近距域內(nèi)，抵近星由于受到月球攝動(dòng)力引起的加速度差最大為：

結(jié)合前述分析的式（5），可知在考慮攝動(dòng)因素條件下的狀態(tài)方程為：

可見(jiàn)，有日月攝動(dòng)力引起的加速度與近距懸停所需的連續(xù)推力引起的加速度相比具有較小的量級(jí)（以100m處近距懸停為例，連續(xù)推力引起的加速度為10－6m／s2量級(jí)，見(jiàn)表1），在研究動(dòng)力學(xué)控制時(shí)（見(jiàn)式（8））將日月攝動(dòng)力視作小量級(jí)的擾動(dòng)予以忽略是合理的。

綜上，在進(jìn)行近距懸停的動(dòng)力學(xué)分析時(shí)，地球J2攝動(dòng)和日月引力攝動(dòng)可以視為小量級(jí)擾動(dòng)予以忽略。

2.4 反饋?zhàn)兺屏?xiàng)量級(jí)分析

結(jié)合式（7）～（9）分析，在不受到擾動(dòng)時(shí)，除常值項(xiàng)之外，抵近星還需要反饋控制推力糾正位置偏差。由于抵近星此時(shí)在平衡位置懸停，不會(huì)產(chǎn)生位置偏差，可認(rèn)為此時(shí)反饋控制推力為零。在抵近星受到小量級(jí)的擾動(dòng)之后，反饋控制推力糾正由小量級(jí)的擾動(dòng)引起的位置偏差，在長(zhǎng)時(shí)間的懸停過(guò)程中，反饋控制將體現(xiàn)出利亞普諾夫漸進(jìn)穩(wěn)定的效果［14］，抵近星將保持在平衡位置附近小的臨域之內(nèi)，可認(rèn)為反饋控制推力與擾動(dòng)力是處于同量級(jí)的。

綜上，連續(xù)推力應(yīng)能提供近距懸?？刂扑璧闹饕糠郑撼Ｖ淀?xiàng)推力。常值項(xiàng)推力量級(jí)與懸停位置和目標(biāo)星實(shí)時(shí)的軌道高度相關(guān)（見(jiàn)表1）。

3 近距懸停應(yīng)用無(wú)質(zhì)損電磁推力器的可行性

目前，能夠產(chǎn)生連續(xù)推力的推力器種類主要是電推進(jìn)（離子推進(jìn)）器。電推力器產(chǎn)生推力比沖高，可長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作。由于采用電推力器可大大減少燃料質(zhì)量，現(xiàn)主要用于同步軌道衛(wèi)星，其電推力用于長(zhǎng)期近距懸停和入軌階段的轉(zhuǎn)移軌道的軌道控制。離子推進(jìn)的原理為：依靠噴出的帶電粒子產(chǎn)生反作用力，所攜帶的工作介質(zhì)會(huì)隨著近距懸停時(shí)間的增加而逐漸消耗。電推進(jìn)裝置需要攜帶龐大的工質(zhì)儲(chǔ)箱，還存在羽流干擾問(wèn)題。因此有理由預(yù)見(jiàn)，電推力器也可以提供一段時(shí)間以內(nèi)的相對(duì)靜止近距懸停所需推力。

相比之下，一種不需要消耗燃料或工質(zhì)的推進(jìn)器被稱為：無(wú)質(zhì)損電磁推力器［15］。

無(wú)質(zhì)損電磁推力器是一種全新的概念。在相應(yīng)的推進(jìn)裝置中，微波通過(guò)波導(dǎo)被輻射進(jìn)封閉的圓臺(tái)型推力器腔體后作用在腔體表面上，并沿推力器軸線產(chǎn)生凈推力。這種推進(jìn)裝置的特點(diǎn)是：1）不需要工作介質(zhì)就可以產(chǎn)生凈推力；2）只要微波輸出電功率穩(wěn)定，推進(jìn)裝置的性能不受工作環(huán)境的影響，可以產(chǎn)生長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)推力；3）沒(méi)有高溫燃?xì)饬鞯臒g、沖刷和傳熱問(wèn)題，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能大幅度降低熱控需要的設(shè)備和其他結(jié)構(gòu)質(zhì)量［15］。

已有的部分試驗(yàn)和理論分析表明采用不同的推進(jìn)裝置結(jié)構(gòu)材料，在1kW微波功率輸出條件下，可以獲得0.1～31500N范圍的推力［16］。2009年Shawyer在2.9kg的諧振腔體上實(shí)際測(cè)量：在300w微波輸出功率的直接作用下，諧振腔產(chǎn)生了86.2mN的推力［17］。2014年，NASA的David A Brady等對(duì)諧振頻率1.933GHz、微波功率17W 的圓臺(tái)諧振腔微波推力裝置，利用扭擺法測(cè)得91μN(yùn)的平均推力［18］。2016年發(fā)表的最新研究成果［19］表明，向無(wú)質(zhì)損微波推力器饋入60W的電功率，可得到0.1mN凈推力；推力器的能力可以達(dá)到1.2mN／kW，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他無(wú)質(zhì)損推進(jìn)器如激光推進(jìn)、太陽(yáng)帆推進(jìn)，以及離子推進(jìn)的0.0033～0.0067mN／kW的推力水平。中國(guó)空間技術(shù)研究院已經(jīng)完成了無(wú)質(zhì)損電磁推力原理樣機(jī)試驗(yàn)，指標(biāo)達(dá)到0.1 mN／20W，考慮到微波器件的電功率損耗，推力器產(chǎn)生0.1mN量級(jí)推力時(shí)，需要的電功率為40W。處于國(guó)際先進(jìn)水平。未來(lái)中國(guó)空間技術(shù)研究院將研制40mN／400W的無(wú)質(zhì)損電磁推力系統(tǒng)，系統(tǒng)包括：熱控回路、高效集熱系統(tǒng)、低溫制冷系統(tǒng)、微波系統(tǒng)、控制器、推力器等，系統(tǒng)質(zhì)量在100kg以內(nèi)。

根據(jù)中國(guó)空間技術(shù)研究院研制的無(wú)質(zhì)損電磁推進(jìn)技術(shù)原理樣機(jī)的性能，將近距懸停推力需求與推力器能力對(duì)比如表2所示。由于同步軌道衛(wèi)星具有對(duì)地定點(diǎn)的特點(diǎn)，同步軌道衛(wèi)星多為對(duì)地觀測(cè)類和對(duì)地通信類的衛(wèi)星，這類衛(wèi)星提供實(shí)時(shí)不間斷服務(wù)，對(duì)于提供服務(wù)的間斷時(shí)間非常敏感，因此對(duì)同步軌道衛(wèi)星的近距離在軌維護(hù)顯得頗為重要。表2對(duì)比分析了同步軌道上微納抵近星（100kg）和大型抵近星（5000kg）近距懸停所需的電功率、單個(gè)推力器質(zhì)量和單個(gè)推力器推力。

表2 近距懸停推力需求與無(wú)質(zhì)損電磁推力器能力對(duì)比

同步軌道通信衛(wèi)星平臺(tái)如美國(guó)A2100平臺(tái)、B702平臺(tái)可提供的整星功率都在10kW量級(jí)，若以同步軌道大型衛(wèi)星平臺(tái)為基線設(shè)計(jì)抵近星，可以預(yù)計(jì)無(wú)質(zhì)損電磁推力器能夠滿足100m范圍內(nèi)的近距懸停需求。

若將同步軌道上的抵近星設(shè)計(jì)為微納星，需要微納星提供懸停專用的電功率為53W以內(nèi)（見(jiàn)表2），按照三結(jié)砷化鎵太陽(yáng)能電池板的240W／m2性能估算，對(duì)應(yīng)的提供此部分電功率的專用太陽(yáng)能電池板為0.22 m2以內(nèi)。盡管仍然可以進(jìn)一步進(jìn)行質(zhì)量與功率的優(yōu)化設(shè)計(jì)，但是初步估計(jì)100kg級(jí)的微納星攜帶大于0.22m2的太陽(yáng)能電池板是合理的。

由表2可見(jiàn)，無(wú)質(zhì)損電磁推力器的初步研究已經(jīng)表明，其已經(jīng)能夠滿足：1）大型抵近星（質(zhì)量5000kg級(jí)）對(duì)同步軌道目標(biāo)的近距離懸停需求；2）微小型抵近星（100kg級(jí)）對(duì)同步軌道目標(biāo)的近距離懸停需求。

對(duì)于中、低軌道的目標(biāo)衛(wèi)星，雖然尚無(wú)明確針對(duì)性的研究證明應(yīng)用推力器進(jìn)行近距離懸?？刂频目尚行裕请S著相關(guān)研究進(jìn)展，推力器的推力增加，可以繼續(xù)跟蹤研究進(jìn)展并提出抵近懸停推力需求作為牽引。

綜上，可以得出初步的分析結(jié)論：1）與經(jīng)典電推力器相比，無(wú)質(zhì)損電磁推力器在產(chǎn)生長(zhǎng)時(shí)連續(xù)推力方面更具優(yōu)勢(shì)；2）對(duì)無(wú)質(zhì)損電磁推力器的初步研究成果分析可以認(rèn)為，其推力量級(jí)滿足同步軌道近距懸?？刂频倪B續(xù)推力需求。此外，針對(duì)近距懸停任務(wù)，尚需要進(jìn)一步明確推力器設(shè)計(jì)的指標(biāo)要求。

4 同步軌道抵近懸停任務(wù)要求

4.1 同步軌道目標(biāo)幾何特性

以對(duì)同步軌道衛(wèi)星進(jìn)行抵近在軌維護(hù)為例，GEO帶內(nèi)衛(wèi)星主要包括通信廣播衛(wèi)星、數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星、導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星、電子偵察衛(wèi)星等應(yīng)用衛(wèi)星。

同步軌道衛(wèi)星的共性特點(diǎn)為：1）本體長(zhǎng)寬在1.5～3m范圍內(nèi)，高度在2～8.5m范圍內(nèi)；2）具有南北向展開(kāi)的太陽(yáng)能電池板；3）東西板和對(duì)地板布置有對(duì)地的天線或觀測(cè)設(shè)備。

4.2 懸停位置

根據(jù)美國(guó)鳳凰計(jì)劃，天線或?qū)Φ赜^測(cè)設(shè)備可能成為在軌維護(hù)的主要對(duì)象。因此，抵近星應(yīng)盡可能靠近天線或觀測(cè)設(shè)備。距離天線或觀測(cè)設(shè)備1m以內(nèi)。

在抵近過(guò)程中，可能會(huì)途徑正常工作的天線的對(duì)地主瓣或觀測(cè)設(shè)備的對(duì)地視場(chǎng)，進(jìn)而會(huì)產(chǎn)生一定遮蔽作用。因此需要合理規(guī)劃近距離檢查、懸停的路徑，合理規(guī)劃多個(gè)懸停位置，以及多個(gè)懸停位置之間的機(jī)動(dòng)路徑。

4.3 抵近星能力需求初步分析

抵近懸?？捎糜谠谲壘S護(hù)等空間操作，抵近星應(yīng)具備滿足近距詳查巡視要求的相對(duì)位置控制能力。就懸停而言，抵近星懸停位置的決策由地面指揮人員通過(guò)檢視目標(biāo)星表面特征后作出，抵近星懸停的控制由星上完成。因此需要能力為：

1）三維相對(duì)空間位置測(cè)量能力

抵近星需要實(shí)時(shí)獲取相對(duì)目標(biāo)星的位置信息以作懸?；蚪嚯x詳查激動(dòng)地控制反饋。由于抵近星在目標(biāo)星附近機(jī)動(dòng)或懸停時(shí)，受到連續(xù)推力的持續(xù)作用，其軌道為非開(kāi)普勒軌道，為得到其相對(duì)于目標(biāo)星的三維空間位置，需要進(jìn)行相對(duì)測(cè)量。

首先需要建立相對(duì)位置的數(shù)學(xué)描述方法。為服務(wù)于相對(duì)近距懸?？刂?，相對(duì)位置的數(shù)學(xué)描述必須在目標(biāo)星軌道坐標(biāo)系下進(jìn)行。相對(duì)測(cè)量的手段可以采用地面測(cè)量目標(biāo)星和抵近星在地球固連坐標(biāo)系下的位置，解算得到目標(biāo)星軌道坐標(biāo)系下的相對(duì)位置矢量；也可以采用抵近星自主測(cè)量相對(duì)位置矢量。兩種手段可互為備份。

關(guān)鍵點(diǎn)在于：①在抵近星上建立目標(biāo)星軌道坐標(biāo)系的基準(zhǔn)信息，這種目標(biāo)性軌道坐標(biāo)系信息可由地面等空間態(tài)勢(shì)感知系統(tǒng)或天基非合作目標(biāo)測(cè)量手段測(cè)量得到并上傳至抵近星；②抵近星須獲得自身的實(shí)時(shí)的姿態(tài)信息；③抵近星須具有對(duì)目標(biāo)星的方位和距離測(cè)量能力。

2）對(duì)地受遮擋條件下的高軌道星地高速圖像數(shù)傳能力

抵近星在近距離詳查和維護(hù)操作時(shí)需要將實(shí)時(shí)圖像下傳以供地面人員研判和指揮。當(dāng)?shù)纸窃谀繕?biāo)性被地面詳查或操作時(shí)，對(duì)地通信可能受到目標(biāo)性遮擋。當(dāng)目標(biāo)星對(duì)地通信觀測(cè)過(guò)程中，抵近星下傳鏈路還可能與目標(biāo)星對(duì)地通信連路發(fā)生干擾。

3）視場(chǎng)受限條件下的長(zhǎng)時(shí)姿態(tài)測(cè)量能力

當(dāng)?shù)纸窃谀繕?biāo)星近距離詳查或操作時(shí)，姿態(tài)測(cè)量裝置如：星敏感器、紅外地球敏感器、太陽(yáng)敏感器都有可能受到目標(biāo)星的遮擋。如果采用慣性姿態(tài)測(cè)量設(shè)備如陀螺則需要解決長(zhǎng)時(shí)間懸停中的零點(diǎn)漂移問(wèn)題。因此需要解決敏感器與陀螺的交替配合使用策略，或采取相對(duì)于目標(biāo)星的相對(duì)姿態(tài)測(cè)量。

4）連續(xù)推力能力

抵近星近距離懸停需要連續(xù)推力。可由新型無(wú)質(zhì)損電磁推力器實(shí)現(xiàn)。

后續(xù)仍需要在深化抵近星能力要求的基礎(chǔ)上開(kāi)展抵近星的總體方案設(shè)計(jì)。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文分析了近距離隨遇懸停的平衡點(diǎn)的存在性和可控性，分析了抵近星近距懸停的連續(xù)推力需求。調(diào)研了可產(chǎn)生連續(xù)推力的推力器：新型無(wú)質(zhì)損電磁推力器的技術(shù)性能，比對(duì)分析了將其應(yīng)用在近距懸停任務(wù)的可行性，最后分析了抵近懸停的任務(wù)要求。本文得出以下結(jié)論：依靠長(zhǎng)時(shí)間、連續(xù)、可變推力進(jìn)行近距離范圍內(nèi)任意點(diǎn)懸停是可行的；近距懸停所需的連續(xù)推力主要體現(xiàn)為沿目標(biāo)星軌道坐標(biāo)系X、Z向的常值項(xiàng)推力，常值項(xiàng)推力大小具有與懸停位置和目標(biāo)星實(shí)時(shí)的軌道高度相關(guān)、與懸停距離成正比、與抵近星質(zhì)量成正比等特性；無(wú)質(zhì)損電磁推力器能夠滿足同步軌道近距懸?？刂频耐屏σ?；同步軌道近距懸停對(duì)抵近星的能力和總體方案提出了不同于其他衛(wèi)星的要求，需要進(jìn)一步分析?！?/p>