The satellite in space has a tiny size but is subject to the disturbance torques caused by various sources. The presence of environmental disturbance torques significantly affects the orient as well as the orbital motion of satellite. The sources of environmental effects on LEO Satellite attitude dynamics are various. Four of these, gravity gradient, Earth's magnetic field, solar radiation pressure and aerodynamic are dominant and deterministic. In this study, we describe the model of environmental disturbance torques acting on LEO Satellite and the effects of environmental disturbance torques on LEO Satellite attitude dynamics in detail.
Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography
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v.27
no.4
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pp.437-444
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2009
A bi-directional, multi-step numerical integrator is developed to determine the GPS (Global Positioning System) orbit based on a dynamic approach, which shows micrometer-level accuracy at GPS altitude. The acceleration due to the planets other than the Moon and the Sun is so small that it is replaced by the empirical forces in the Solar Radiation Pressure (SRP) model. The satellite orbit parameters are estimated with the least-squares adjustment method using both the integrated orbit and the published IGS (International GNSS Service) precise orbit. For this estimation procedure, the integration should be applied to the partial derivatives of the acceleration with respect to the unknown parameters as well as the acceleration itself. The accuracy of the satellite orbit is evaluated by the RMS (Root Mean Squares error) of the residuals calculated from the estimated orbit parameters. The overall RMS of orbit error during March 2009 was 5.2 mm, and there are no specific patterns in the absolute orbit error depending on the satellite types and the directions of coordinate frame. The SRP model used in this study includes only the direct and once-per-revolution terms. Therefore there is errant behavior regarding twice-per-revolution, which needs further investigation.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.41
no.10
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pp.770-778
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2013
Solar sail propulsion uses solar radiation pressure to propel spacecraft without propellant, and it is useful for deep-space missions and continuos orbit maneuver missions. After a brief introduction of solar sail dynamics, locally optimal trajectories in Sun-centered and Earth-centered orbits are analyzed. Numerical simulations for the optimal trajectories are performed. Trajectory for the rendezvous with Halley comet is generated, and different planet escape methods are compared.
This paper presents the preliminary survey and simulation results of the prediction of Leonid stream's orbital motion. Based on the model survey on eject velocity and perturbation of meteoroid particles, a simulation program was developed and applied to orbital motion of Leonid stream. The Jones ejection distribution model was used to describe the particle's eject velocity and the orbital dynamic model includes perturbations of major planet's gravity. DE405 ephemeris file generated by Solar System Dynamics Group at Jet Propulsion Laboratory in NASA was used for the planet's ephemeris calculations. Solar radiation pressure were also considered in the simulation and 8th order Runge-Kutta algorithm was used a numerical integration method.
A long-term prediction algorithm of geostationary orbit was developed using the analytical method. The perturbation force models include geopotential upto fifth order and degree and luni-solar gravitation, and solar radiation pressure. All of the perturbation effects were analyzed by secular variations, short-period variations, and long-period variations for equinoctial elements such as the semi-major axis, eccentricity vector, inclination vector, and mean longitude of the satellite. Result of the analytical orbit propagator was compared with that of the cowell orbit propagator for the KOREASAT. The comparison indicated that the analytical solution could predict the semi-major axis with an accuracy of better than $pm35$ meters over a period of 3 month.
Low Earth orbit satellites with satellite navigation receiver use onboard navigation filters for filtering measurement signals and for orbit prediction under signal loss. Precision satellite dynamic models, core of the navigation filter, are studied and a computation program is developed. Gravity acceleration, precision coordinate transform, third-body gravity, atmospheric drag, and solar radiation pressure models are combined into an orbit prediction algorithm, and a proven precision orbit determination software is used to validate the program. Orbit prediction accuracy is analyzed with simulated and flight orbit data. The program meets an accuracy level for onboard real-time navigation filter.
To calculate the position and velocity of the artificial satellite precisely, one has to build a mathematical model concerning the perturbations by understanding and analysing the space environment correctly and then quantifying. Due to these space environment model, the total acceleration of the artificial satellite can be expressed as the 2nd order differential equation and we build an orbit propagation algorithm by integrating twice this equation by using the Cowell's method which gives the position and velocity of the artificial satellite at any given time. Perturbations important for the orbits of geostationary spacecraft are the Earth's gravitational potential, the gravitational influences of the sun and moon, and the solar radiation pressure. For precise orbit propagation in Cowell' method, 40 x 40 spherical harmonic coefficients can be applied and the JPL DE403 ephemeris files were used to generate the range from earth to sun and moon and 8th order Runge-Kutta single step method with variable step-size control is used to integrate the the orbit propagation equations.
Park, Eun-Seo;Song, Young-Joo;Yoo, Sung-Moon;Park, Sang-Young;Choi, Kyu-Hong;Yoon, Jae-Cheol;Yim, Jo-Ryeong;Choi, Joon-Min;Kim, Byung-Kyo
Journal of Astronomy and Space Sciences
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v.22
no.4
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pp.463-472
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2005
In this paper, the dynamic model development for interplanetary navigation has been discussed. The Cowell method for special perturbation theories was employed to develop an interplanetary trajectory propagator including the perturbations due to geopotential, the Earth's dynamic polar motion, the gravity of the Sun, the Moon and the other planets in the solar system, the relativistic effect of the Sun, solar radiation pressure, and atmospheric drag. The equations of motion in dynamic model were numerically integrated using Adams-Cowell 11th order predictor-corrector method. To compare the influences of each perturbation, trajectory propagation was performed using initial transfer orbit elements of the Mars Express mission launched in 2003, because it can be the criterion to choose proper perturbation models for navigation upon required accuracy. To investigate the performance of dynamic model developed, it was tested whether the spacecraft can reach the Mars. The interplanetary navigation tool developed in this study demonstrated the spacecraft entering the Mars SOI(Sphere of Influence) and its velocity .elative to the Mars was less than the escape velocity of the Mars, hence, the spacecraft can arrive at the target planet. The obtained results were also verified by using the AGI Satellite Tool Kit. It is concluded that the developed program is suitable for supporting interplanetary spacecraft mission for a future Korean Mars mission.
Various Earth-Moon transfer trajectories are designed and analyzed to prepare the future Korea's Lunar missions. Minimum fuel trajectory solutions are obtained for the departure year of 2017, 2020, 2022, and every required mission phases are analyzed from Earth departure to the final lunar mission orbit. N-body equations of motion are formulated which include the gravitational effect of the Sun, Earth and Moon. In addition, accelerations due to geopotential harmonics, Lunar J2 and solar radiation pressures are considered. Impulsive high thrust is assumed as the main thrusting method of spacecraft with launcher capability of KSLV-2 which is planned to be developed. For the method of injecting a spacecraft into a trans Lunar trajectory, both direct shooting from circular parking orbit and shooting from the multiple elliptical intermediate orbits are adapted, and their design results are compared and analyzed. In addition, spacecraft's visibility from Deajeon ground station are constrained to see how they affect the magnitude of TLI(Trans Lunar Injection) maneuver. The results presented in this paper includes launch opportunities, required optimal maneuver characteristics for each mission phase as well as the trajectory characteristics and numerous related parameters. It is confirmed that the final mass of Korean lunar explorer strongly depends onto the initial parking orbit's altitude and launcher's capability, rather than mission start time.
The main purpose of the current research is to introduce the alternative algorithm of the non-recursive batch filter based on the unscented transformation in which the linearization process is unnecessary. The presented algorithm is applied to the orbit determination of a low earth orbiting satellite and compared its results with those of the well-known Bayesian batch least squares estimation and the iterative UKF smoother (IUKS). The system dynamic equations consist of the Earth's geo-potential, the atmospheric drag, solar radiation pressure and the lunar/solar gravitational perturbations. The range, azimuth and elevation angles of the satellite measured from ground stations are used for orbit determination. The characteristics of the non recursive unscented batch filter are analyzed for various aspects, including accuracy of the determined orbit, sensitivity to the initial uncertainty, measurement noise and stability performance in a realistic dynamic system and measurement model. As a result, under large non-linear conditions, the presented non-recursive batch filter yields more accurate results than the other batch filters about 5% for initial uncertainty test and 12% for measurement noise test. Moreover, the presented filter exhibits better convergence reliability than the Bayesian least squares. Hence, it is concluded that the non-recursive batch filter based on the unscented transformation is effectively applicable for highly nonlinear batch estimation problems.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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