[發明專利]深空探測器接近軌道修正機動時刻選取方法

無效

• 申請號: 200910071275.3
• 申請日: 2009-01-15
• 公開（公告）號: CN101462597A
• 公開（公告）日: 2009-06-24
• 發明（設計）人: 崔祜濤;朱圣英;史雪巖;徐田來
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B64G1/10
• 分類號: B64G1/10;G01C21/02
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所
• 代理人: 牟永林

技術領域

本發明涉及深空探測器接近軌道修正機動時刻選取方法，屬于航天航空領域。

背景技術

隨著行星際探測任務的日益增多，探測器飛越、繞飛以及軟著陸目標天體已經成為未來深空科學探測的重要任務和課題。為了成功地完成科學考察任務，接近段探測器的軌道修正必須具有很高的控制精度，以便探測器在期望的位置穿越目標天體的B平面，以完成飛越、繞飛以及軟著陸等后續任務。同時，由于發射系統發射能力的約束，要求探測器盡量消耗較少的燃料，這就對接近段軌道修正系統提出了控制精度與燃料消耗兩方面的要求。軌道修正機動時刻的選取對最終控制性能有很大的影響，該時刻的選取要考慮控制精度以及燃料消耗兩方面要求。探測器在與目標天體接近的過程中，導航精度會隨著探測器與目標天體距離的減小而提高，因此機動時刻越遲，最終的控制精度將會越高，但隨著機動時刻的延遲，機動所消耗的燃料也將會增加。軌道修正機動時刻的選取是直接關系到深空探測任務完成質量的關鍵技術，其甚至關系到整個任務的成功與否，因此深空探測器接近軌道修正機動時刻選取方法是當前各國航天科研部門重點發展的研究方向之一。

在已發展的接近軌道修正機動時刻選取方法中，在先技術[1](參見Ramachandra?S?B，Paul?W?S，Raymond?B?F.Deep?impact?ground?navigationmaneuver?design?and?performance[C].Tampa，Florida：Proceedings?of?theAAS/AIAA?Space?Flight?Mechanics?Meeting.2006：1-22.)，2005年美國NASA的Deep-Impact探測器成功地撞擊了tempel-1號彗星，這是人類第一次完成的深空小天體撞擊任務，在探測器接近目標天體的過程中，探測器共進行了三次軌道修正機動，其機動時刻的選取由地面站事先通過大量的蒙特卡羅仿真，對控制精度和燃料消耗進行折中考慮，確定了三次機動時刻，這種方式在耗費大量人力物力的同時，也使探測器的控制時機受到限制，從而降低了控制精度，影響撞擊效果。

在先技術[2](參見Kawaguchi?J，Matsuo?H.Low-thrust?flyby?guidanceand?an?extended?optimal?spacing?rule[J].Tampa，Journal?of?Guidance，Control，and?Dynamics，2006，19(2)：347-354.)，日本JAXA針對小推力探測器提出了一種軌道修正機動時刻選取方法，這種選取方法考慮了點火精度、導航精度以及推力方向誤差等因素，以控制精度最高為指標給出了機動時刻。這種方法通過機動時刻將整個接近階段分為幾部分，通過考慮各部分控制精度與多誤差源之間的關系，使最終控制精度達到最高。但是該方法需要迭代運算求解最優解，計算量較大，不適合星上自主應用，同時該方法需要事先已知各誤差大小，在深空環境中這些參數很難精確得到。

發明內容

本發明目的是為了解決現有深空探測器接近段軌道修正機動時刻選取方法，因采用大量的蒙特卡羅仿真的方法，不但耗費大量人力物力，而且控制精度低，撞擊效果差；采用迭代運算求解最優解的方法，存在計算量大、自主性差的問題，提供一種深空探測器接近軌道修正機動時刻選取方法。

實現本發明方法包括以下步驟：

步驟一、確定穿越目標天體B平面的脫靶量ρ_f：