STK轨道机动模块(Astrogator)介绍

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1、STK轨道机动模块(Astrogator)介绍李云飞（blitheli@gmail.com）南京大学天文系/上海航天技术研究院STK模块中，轨道机动模块Astrogator最为常用了，尤其对于轨道设计任务，本模块是必不可少的。本文依据STK帮助文档中的说明，简要的阐述Astrogator模块的使用，以便给读者一个大概的印象和简单的引导；详细，具体以及更深入的使用还是请读者参阅英文的帮助文档。笔者使用的是STK8.1版本。1前言当往场景中添加卫星对象后，在卫星的属性页(PropertiesBrowser)

2、中，Basic/Orbit中的Propagator下拉菜单中选择Astrogator即可出现如下界面。图表1Astrogator属性页面见图表1，此界面用来定义卫星进行一系列轨道机动，称为任务控制序列MCS(MissionControlSequence)。通常我们设计一颗卫星进行一系列的轨道机动都是一段一段动作连接而成的。例如，首先给定卫星的初始状态（轨道根数，卫星的结构和推进剂质量等），然后在地球J2,J4项引力模型下无动力的运动一段时间（也可设定一定的结束条件，如运行到远地点时），接着发动机进行一定

3、时间的点火（可定义发动机的推力，比冲以及推力的矢量方向等），最后再在地球J2项引力模型下无动力运行一定的时间。诸如上述的问题，在STK/AstrogatorMCS中可以分成四段，分别为初始状态段(InitialState),轨道外推段(Propagate),发动机工作段(Maveuver)以及再次的轨道外推段。上述段数按照顺序排列，STK每计算完一段后，保存各种状态量，并作为下一段的初始值，接着计算下一段，直至结束。目前STK8.1有13种段数可供选择，都在MCS中定义，其各工具按钮的定义见图表2。在进

4、行某颗卫星的轨道机动任务设计时，点击“插入新的段(InsertSegment)”按钮插入新的段，并按照自己设定的任务顺序不断的插入新段，点击相应的段，则会在右侧出现该段的具体属性设置选项。假设所有段的属性设置选项都已经设置好，则点击“运行整个任务段”按钮，STK就会按照顺序计算所有的段。至此，此卫星的轨道计算完成。在MCS界面的下方的按钮“Results…”，是用来设定某一具体段的“计算目标(calculationobjects)”的。比如，选中某一轨道外推段，然后点击“Results”，在出现页面中选

5、中某一计算目标（假如为轨道偏心率），则意味着在此段结束时，会计算轨道偏心率。此选项的主要作用后面会提及到。下面介绍各段的功能及其属性设置选项的定义。图表2MCS各工具按钮的说明2段(Segment)的说明点击“插入新的段(InsertSegment)”按钮这会出现“SegmentSelection”页面，此页面有12种段，还有一种段，称为“自动序列(AutomaticSequence)”，是在MCS界面中的“自动序列浏览器”中设置的。2.1初始状态段(InitialState)此段用来设置卫星的初始状态

6、量，通常在整个任务序列中首位。在其右侧的属性页面中，选择不同的坐标系(Coord.System)以及轨道参数类型(Coordinatetype)可设定某一历元时刻的初始状态。也可用下方的“InitialStateTool…”选项按钮来设定初始状态，它可以从文件中读取某一初始状态（当然也可把当前的初始轨道参数存储起来）。点击“SatelliteProperties…”按钮可设定卫星初始的质量状况，如推进剂质量，结构质量等。2.2轨道外推段(Propagate)此段用来将卫星的轨道按照选定的力模型进行轨道外

7、推计算（与HPOP类似）。在其右侧的属性页面中，“Propagator”按钮用来选择卫星进行轨道外推计算的力模型，在力模型的选择页面中，也可选择自己定义的力模型，见“轨道机动组件浏览器(AstrogatorComponentBrowser)”部分的说明。另外一个比较重要的选项就是卫星轨道外推的停止条件“StoppingConditions”。点击“Insert…”按钮可添加多个停止条件。实际运行计算时，当其中任一停止条件满足时就执行相应的停止条件对应的序列(Sequence)，见图表3。STK提供的默认

8、停止条件通常为：轨道外推计算一定时间，轨道到达远地点，某一历元时刻停止等等，也可由“轨道机动组件浏览器”来设定自己的停止条件。选中特定的停止条件文件，则在下方的菜单里出现对应的选项。需要值得注意的是，对应不同的停止条件文件，有的按钮为灰色的，即对当前的停止条件文件不可用。下面简要解释一部分按钮的作用。1)“Sequence”：点击此按钮选择相应的自动序列（见“自动序列”说明），当停止条件满足时，会执行此自动序列，系统默认为“STOP”，即此