关键词 陀螺进动、强迫进动轨道、非开普勒轨道、悬浮轨道、四元数 CLC 号：V412.4 文献标识码：ADOI: 10.6052/0459-1879-12-375 引言 陀螺仪在具有固定轴的情况下，会发生进动和章动外力矩的作用。 当航天器仅受到中心重力作用时，其轨道面的法线方向在惯性空间中保持不变。 当受到扰动或外力影响时，轨道表面会进动，类似于陀螺仪。 陀螺仪的运动可以用刚体动力学来描述。 陀螺仪和轨道运动之间的相似性是由于两者之间动力学的相似性。 文献[1][2]将近轨道坐标系视为虚拟实体坐标系，将轨道动力学与刚体动力学进行类比，提出轨道的进动类似于经典的陀螺进动，具有变径向其效果类似于可变惯性矩。 文献[3]讨论了开普勒运动和陀螺运动之间的联系。 文献[4]类比轨道和姿态运动，研究了采用姿态控制方法的卫星轨道转移和编队重建问题。 文献[5]讨论了航天器的进动现象，提出了陀螺力作用下的轨道，可应用于轨道机动。 与摄动影响下的自然进动轨道不同，本文提出了一种强制进动轨道，使航天器在绕重心运动的同时进行进动。 当初始轨道为圆形轨道时，通过施加恒定的法向力可以实现特殊的强迫进动轨道。
本文对这种特殊的强迫进动定律进行了研究和分析，证明了该轨道是悬浮轨道。 悬浮轨道[6-8]属于非开普勒轨道，在地球观测、行星际科学、天文观测、无线电通信、地球工程等领域具有潜在的应用优势。 由于悬浮轨道可以保持在给定区域上方，因此对于观测研究非常有利。 在悬浮轨道上对地球极区或其他局部区域进行长期观测，可为气候科学等领域提供局部区域的实时高分辨率图像； 通过悬浮轨道观测土星环、彗星或矮星等小天体可以为行星科学研究提供理论依据。 悬浮轨道还可作为中继卫星轨道，保证不同星球之间通信的连续性。 此外，关于悬浮轨道还有一些新颖的设计思路。 例如，在悬浮轨道上布置带有反射器的编队卫星可以减轻地球的温室效应。 通过应用本文提供的强制进动方案，可以轻松实现悬浮轨道的“浮动”。 1 陀螺动力学和轨道动力学的比较研究 陀螺运动和轨道运动的相似性归因于它们动力学的相似性。 本节对两者的动力学模型进行比较。 1.1 陀螺动力学模型 描述陀螺仪运动的经典欧拉动力学方程[9]为： 其中，, ,xyz 是陀螺仪的惯性主轴，z 轴沿陀螺仪的极轴。陀螺仪陀螺进动性判断右手定则，x轴沿刚体赤道面与水平线的节点线方向，y轴满足右手定则陀螺进动性判断右手定则，如图1(a)所示。
转动惯量，系统的角速度是、 、、 、xyz 轴的力矩分量。 根据苏联学者梅尔金[10]的定义，x(1)， ,xyzI II 为主旋转,,xyx yz 轴分量, z 是相对于惯性 的陀螺体坐标系, ,xyzL LL 是沿 yzyzII 的轴, 并在线发布时间：2013-02-25 09:34 在线发布地址：
