Анализ эволюции сверхнизких орбит спутников при длительном полете под воздействием атмосферных ветров

Одной из ключевых проблем освоения сверхнизких околоземных орбит является компенсация влияния атмосферного сопротивления. Но даже если её удастся решить, остаётся менее очевидная, но важная проблема: воздействие атмосферных ветров на динамику космического аппарата. Эти ветры изменяют не только орбиту, но и влияют на ориентацию спутника, что усложняет долгосрочное управление миссией.

Сложность заключается в том, что атмосфера на высотах ниже 400 км сильно меняется во времени и пространстве — плотность, температура и скорость ветра зависят от географического положения, времени суток, сезона и солнечной активности. При этом большинство существующих моделей либо игнорируют ветер, либо рассматривают его упрощённо, без учёта связи между ориентацией аппарата и изменением орбитальных элементов.

В работе авторы вывели аналитическое выражение для изменения наклонения орбиты под действием атмосферных ветров, используя уравнения Гаусса для вариации орбитальных элементов. Они показали, что вектор момента количества движения аппарата постепенно поворачивается к Северному полюсу именно из-за ветров. Также они установили, что ветры влияют на долготу восходящего узла орбиты преимущественно через изменение наклонения.

Для проверки выводов использовалось численное моделирование с применением современных моделей атмосферы: NRLMSIS 2.1 для плотности и HWM14 (Horizontal Wind Model 2014) для ветров. Это позволило исследовать, как выбор стратегии управления ориентацией и время прохождения восходящего узла (Local Time of Ascending Node, LTAN) влияют на долгосрочную эволюцию орбиты.

Валидация проводилась на реальных данных со спутника Tianxing-1, запущенного на сверхнизкую орбиту, и показала хорошее соответствие теоретических прогнозов с наблюдаемыми изменениями наклонения.

📖 Chen, G., Li, Z., Feng, G., Li, W., & Yue, Y. (2026). Evolution analysis of orbital characteristics of VLEO satellites in long-term flight under the influence of atmospheric winds. Acta Astronautica, 240, 481–496. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2025.12.009

Благодарим за наводку коллегу Заметки инженера - исследователя!

#VLEO