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.

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1 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

2 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

3 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

4 ( 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 )

5 “ 牛頓時鐘– 二十年前的推導”

6 “ 牛頓 – 神奇的一年”

7 “ 牛頓 – 關鍵時刻”

8 Orbital Elements on Orbital Plane

9 Last Time Passed Perihelion Next Time Passed Perihelion
Halley Comet 哈雷彗星 Last Time Passed Perihelion Orbit Information e = , a = A.U. Period: T = 2p/n = Days Next Time Passed Perihelion

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 衛星軌道 地球同步軌道 太陽同步軌道 低軌道 極軌道

13 Kepler orbit – from Wikipedia

14 Kepler orbit – from Wikipedia

15 哈雷彗星軌道 – 3D

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

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

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

19 3D Newtonian State: Pos & Vel
State Vector & Orbit Elements ( see )

20 “ 牛頓時鐘 – 善變的月亮”

21 “ 牛頓時鐘 – 古代的精確”

22 “ 牛頓時鐘 – 心情惡劣的第谷”

23 “ 牛頓時鐘 – 頭痛的牛頓”

24 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

25 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%)

26 0 雙魚座 (Pisces)

27 星座與春分

28 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)

29 11 Hour—Leo Constellation

30 10 Hour@ 獅子座 (Leo) Regulus

31 黃道 – 以太陽為中心 現在地球的位置﹖

32 十二月星空—星座與行星 台北市立天文館12月的星空

33 Satellite Coordinate System:

34 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

35 Satellite Coordinate System:
How many systems in the Operation?

36 Satellite Coordinate System: Earth-Centered Inertial (ECI)

37 Orbital Elements

38 春分: Vernal Equinox

39 “祖冲之 – 歲差計算”

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

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

42 Ground Track Variation
Variation in Height

43 Ground Track Variation Variation in Eccentricity

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

45 Satellite Coordinate System

46 Satellite Attitude Coordinate System
Earth Pointing: Z-Direction

47 結束了 謝謝聆聽！