航太工程概論 Satellite Control I 衛星控制 I 成功大學　航空太空工程系 何慶雄 2009. 12. 31

個人介紹: 何慶雄 Ching-Shun Ho 學歷 ---　 美國 U. of Texas Austin 航太博士 博士研究---　 Precision Orbit Determination of GPS Satellites 研究領域 ---　 1) Precise Relative Positioning due to Earthquakes 2) Aviation Safety Analysis from Black box

衛星控制 1)衛星控制總論 2)坐標系統介紹 3)衛星軌道控制 4)衛星姿態控制 5)結語

( First Celestial Body with Orbit Information ) 衛星控制總論 Halley‘s Comet 哈雷彗星 ( 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

Last Time Passed Perihelion Next Time Passed Perihelion Halley Comet 哈雷彗星 Last Time Passed Perihelion 1986-2-9 Orbit Information e = 0.9673, a = 17.9564 A.U. Period: T = 2p/n = 27792.5 Days Next Time Passed Perihelion 2062-3-13

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

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

衛星軌道 地球同步軌道 太陽同步軌道 低軌道 極軌道

Kepler orbit – from Wikipedia

Kepler orbit – from Wikipedia

哈雷彗星軌道 – 3D

Text Searching over WEB Six Orbit Elements (軌道六元素) Source for TLE Format ( see CelesTrak Current NORAD TLE.pdf )

Text Searching over WEB “Formosa Unit No. : TLE Orbits”

Check the Constellation of GPS Sats. “Formosa TLE Orbits : 4/5 Data ”

3D Newtonian State: Pos & Vel State Vector & Orbit Elements ( see http://www.geocities.com/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”

衛星控制 1)衛星控制總論 2)坐標系統介紹 3)衛星軌道控制 4)衛星姿態控制 5)結語

Hour Angle Computation Problem # 6 of Test #1 Given the positions of 12 constellations in the following figure. Assume Pisces constellation (雙魚座) is located at right ascension = 0 hours with all of constellations have declination = 0 degree. Which constellation will be close to your zenith (頭頂) on May 3: 8pm? Why? (10%)

0 Hour@ 雙魚座 (Pisces)

星座與春分

Hour Angle Computation My Own Formula for Zenith Constellation Zenith: Autumn-21 at Pisces Constellation May-3: 7 Months (= 14 hours) + 12 Days (= 48 min) 12PM UTC: 20 PM Taiwan (= - 4 hours) from Midnight Result Total Hour Angle: 10 hours 48 min (right ascension) Zenith Constellation: Leo Constellation (獅子座)

11 Hour—Leo Constellation

10 Hour@ 獅子座 (Leo) Regulus

黃道 – 以太陽為中心 現在地球的位置﹖

十二月星空—星座與行星 台北市立天文館12月的星空

Satellite Coordinate System:

黃道 or 赤道 1) 根據受力的大小 ex: Mars vs Formosa Satellites 2) 根據任務的需要 ex: Inertial vs Rotational Frame 3) 根據使用者的方便 ex: Norzomi Satellite vs GPS users

Satellite Coordinate System: How 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”

An ECI Coordinate System: J2000 Satellite Coordinate System: An ECI Coordinate System: J2000

Ground Track Variation Example: CBERS-1 (PVI-10.pdf)

Ground Track Variation Variation in Height

Ground Track Variation Variation in Eccentricity

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

Satellite Coordinate System

Satellite Attitude Coordinate System Earth Pointing: Z-Direction

結束了 謝謝聆聽！