Satellite Control ISatellite Control I

衛星控制 衛星控制 II

成功大學　航空太空工程系何慶雄 2009. 12. 31

航太工程概論

學歷 學歷 --- 　美國 U. of Texas Austin 航太博士

博士研究博士研究 --- 　Precision Orbit Determination of GPS Satellites

研究領域 研究領域 --- 　1) Precise Relative Positioning due to Earthquakes

2) Aviation Safety Analysis from Black box

個人介紹 : 何慶雄 Ching-Shun Ho

1)1) 衛星控制總論衛星控制總論2)2) 坐標系統介紹坐標系統介紹

3)3) 衛星軌道控制衛星軌道控制

4)4) 衛星姿態控制衛星姿態控制

5)5) 結語結語

衛星控制衛星控制

衛星控制總論

Halley‘s Comet Halley‘s Comet 哈雷彗星哈雷彗星( ( First Celestial Body with Orbit Information First Celestial Body with Orbit Information ))

“ 牛頓時鐘– 二十年前的推導”

“ 牛頓 – 神奇的一年”

“ 牛頓 – 關鍵時刻”

Orbital Elements on Orbital Plane

Halley Comet 哈雷彗星

Last Time Passed PerihelionLast Time Passed Perihelion

1986-2-91986-2-9

Orbit InformationOrbit Information

e = 0.9673, a = 17.9564 A.U.e = 0.9673, a = 17.9564 A.U.

Period: Period: T = T = n = 27792.5 Daysn = 27792.5 Days

Next Time Passed PerihelionNext Time Passed Perihelion

2062-3-132062-3-13

10

太空時代的來臨 - 第一顆人造衛星

Sputnik 1 (USSR)

1957/10/8 發射

重量 84kg

繞行時間 21 天

11

福爾摩沙衛星一號

福衛一號為科學實驗衛星重量： 402 公斤 ( 含酬載及燃料 )

形狀尺寸：六角柱形，高 2.1 公尺、寬 1.1 公尺 ( 太陽能電池板伸展時長 7.2 公尺 )

軌道：高度 600 公里，與赤道成35 度傾斜角之圓形地球軌道繞行地球一周時間：約 96.7 分鐘任務壽命：二年發射日期： 1999 年 1 月 27 日任務結束： 2004 年 6 月 18 日

12

地球同步軌道

低軌道太陽同步軌道極軌道

衛星軌道

Kepler orbit – from Wikipedia

Kepler orbit – from Wikipedia

哈雷彗星軌道 – 3D

Six Orbit ElementsSix Orbit Elements (( 軌道六元素軌道六元素 ))Source for Source for TLETLE Format Format

( ( see CelesTrak Current NORAD TLE.pdf see CelesTrak Current NORAD TLE.pdf ))

Text Searching over WEB

“FormosaFormosa Unit No.Unit No. : TLE Orbits : TLE Orbits”

Text Searching over WEB

“FormosaFormosa TLE OrbitsTLE Orbits : : 4/54/5 DataData ”

Check the Constellation of GPS Sats.

3D Newtonian State: Pos & Vel

State Vector & Orbit ElementsState Vector & Orbit Elements( ( seesee http://www.geocities.com/SiliconValley/2902/orbit.htm/SiliconValley/2902/orbit.htm ))

“ 牛頓時鐘 – 善變的月亮”

“ 牛頓時鐘 – 古代的精確”

“ 牛頓時鐘 – 心情惡劣的第谷”

“ 牛頓時鐘 – 頭痛的牛頓”

1)1) 衛星控制總論衛星控制總論

2)2) 坐標系統介紹坐標系統介紹3)3) 衛星軌道控制衛星軌道控制

4)4) 衛星姿態控制衛星姿態控制

5)5) 結語結語

衛星控制衛星控制

Hour Angle Computation

Problem # 6 of Test #1Problem # 6 of Test #1Given the positions of 12 constellations in the following fGiven the positions of 12 constellations in the following f

igure. igure. Assume Pisces constellation (Assume Pisces constellation ( 雙魚座雙魚座 ) is locate) is locate

d at right ascension = 0 hours with all of constellationd at right ascension = 0 hours with all of constellation

s have declination = 0 degree. s have declination = 0 degree.

Which constellation will be close to your zeniWhich constellation will be close to your zeni

th (th ( 頭頂頭頂 ) on May 3: 8pm? Why? (10%)) on May 3: 8pm? Why? (10%)

0 Hour@ 雙魚座 雙魚座 ((PiscesPisces))

星座與春分

Hour Angle Computation

My Own Formula for Zenith ConstellationMy Own Formula for Zenith Constellation

Zenith:Zenith: Autumn-21 at Pisces Constellation Autumn-21 at Pisces Constellation

May-3:May-3: 7 Months (= 14 hours) + 12 Days (= 48 min) 7 Months (= 14 hours) + 12 Days (= 48 min)

12PM UTC:12PM UTC: 20 PM Taiwan (= - 4 hours) from Midnight 20 PM Taiwan (= - 4 hours) from Midnight

ResultResult

Total Hour Angle:Total Hour Angle: 10 hours 48 min 10 hours 48 min (right ascension)(right ascension)

Zenith Constellation:Zenith Constellation: Leo Constellation (Leo Constellation ( 獅子座獅子座 ))

11 Hour—Leo Constellation

10 Hour@ 獅子座 獅子座 ((LeoLeo) ) RegulusRegulus

黃道 – 以太陽為中心

現在地球的位

現在地球的位

置﹖置﹖

十二月星空—星座與行星台北市立天文館

台北市立天文館1212

月的星

月的星

空空

Satellite Coordinate System:

黃道 or 赤道

1) 1) 根據受力的大小根據受力的大小ex: Mars vs Formosa Satellitesex: Mars vs Formosa Satellites

2) 2) 根據任務的需要根據任務的需要 ex: Inertial vs Rotational Frameex: Inertial vs Rotational Frame

3) 3) 根據使用者的方便根據使用者的方便 ex: Norzomi Satellite vs GPS usersex: Norzomi Satellite vs GPS users

Satellite Coordinate System:

How many systems in the OperationHow many systems in the Operation??

Satellite Coordinate System: Earth-Centered Inertial (ECI)

Orbital Elements

春分 : Vernal Equinox

““ 祖冲之 – 歲差計算祖冲之 – 歲差計算””

Satellite Coordinate System:

An An ECIECI Coordinate System: J2000Coordinate System: J2000

Example: CBERS-1 (PVI-10.pdf)Example: CBERS-1 (PVI-10.pdf)

Ground Track Variation

Variation in HeightVariation in Height

Ground Track Variation

Variation in EccentricityVariation in Eccentricity

Ground Track Variation

Satellite Coordinate System: Earth-Centered Earth-Fixed (ECEF)

Satellite Coordinate System

Satellite Attitude Coordinate SystemEarth Pointing: Z-DirectionEarth Pointing: Z-Direction

結束了

謝謝聆聽！謝謝聆聽！