[發明專利]一種滿足被動安全要求的空間站安全區域設計方法

在審

• 申請號: 201511027509.6
• 申請日: 2015-12-31
• 公開（公告）號: CN105678061A
• 公開（公告）日: 2016-06-15
• 發明（設計）人: 羅亞中;唐國金;孫振江;楊震
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所 43008
• 代理人: 趙洪;譚武藝

技術領域

本發明涉及空間站安全區域設計技術，具體涉及一種滿足被動安全要求的空間站 安全區域設計方法。

背景技術

空間站作為長期在軌科研平臺，可以充分利用多種特殊的空間資源，開展醫學、天 體物理科學、生物科學、新材料科學等基礎研究，具有重要應用價值。空間站在建造和運營 期間需經常與來訪飛行器交會以完成載荷運輸、乘員輪換、物資補給等任務。空間站造價昂 貴、體積龐大，并且交會任務繁雜多樣，需對來訪航天器的安全交會對接問題給予足夠重 視。國際空間站在設計之初，就定義了相應的安全區域和準則，以保證交會的安全性。

我國即將建造和運營自己的空間站系統。然而，屆時若照搬國際空間站的安全區 域設置，則未必符合我國工程實際，可能會帶來極大的安全隱患。因此需提出合理的空間站 安全區域設計方法，并設置符合我國實際工程狀況的安全區域。國內相關學者對給定安全 區下的交會控制方法進行了不少研究，但鮮有對安全區域進行設計的研究。如何實現一種 滿足被動安全要求的空間站安全區域設計方法，已經成為空間站系統應用中亟待解決的關 鍵技術問題。

發明內容

本發明要解決的技術問題：針對現有技術的上述問題，提供一種設計方法正確合 理、既保證了空間站的安全，也為來訪航天器排除故障提供了充足的時間、設計結果對實際 工程任務的適用性好的滿足被動安全要求的空間站安全區域設計方法。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

一種滿足被動安全要求的空間站安全區域設計方法，步驟包括：

1)禁飛球設計；

2)徑向脈沖轉移接近橢球設計；

3)切向脈沖轉移接近橢球設計；

所述步驟1)的詳細步驟包括：

1.1)確定禁飛球滿足被動安全要求的設計原則：來訪航天器從禁飛球邊沿開始對 空間站自由繞飛，一個軌道周期內軌道誤差橢球不與空間站結構外延碰撞；

1.2)建立來訪航天器和空間站的相對動力學與偏差預報模型；

1.3)基于來訪航天器初始位于V-bar上穩定點y₀處施加的徑向脈沖為根據相對動力學方程求解出自由繞飛的軌跡方程滿足其中n為來訪航天器軌道角速度；根據任務需求給定航天器聯合包絡球半徑ρ和相對導航偏差σ，根據來訪航天器和空間站的相對動力學與偏差預報模型和所述軌跡方程預報出來訪航天器的相對軌跡X(t)及其協方差矩陣p(t)，進而計算出航天器聯合包絡球與相對軌跡3-σ誤差橢球的最短橢球距離d；

1.4)根據禁飛球滿足被動安全要求的設計原則，假設來訪航天器從禁飛球的V- bar邊界開始繞飛，改變禁飛球半徑R，分析繞飛時最短橢球距離d與禁飛球半徑的變化關系 d(R)，得到禁飛球半徑的安全區間為集合{R|d(R)>0}。

優選地，所述步驟1.2)的詳細步驟包括：

1.2.1)以空間站質心為原點o，ox軸沿來訪航天器位置矢量背向地心，oz軸沿軌道 平面法向，oy軸在軌道平面內與速度方向一致，并與ox、oz軸承右手直角坐標系，建立當地 軌道坐標系LVLH，使用式(1)所示的線性C-W方程描述來訪航天器和空間站之間的相對運 動；