[發明專利]高精度地月自由返回軌道設計方法

有效

• 申請號: 201610413976.0
• 申請日: 2016-06-14
• 公開（公告）號: CN107506505B
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發明（設計）人: 彭坤;楊雷;孫國江;果琳麗;王平;田林
• 申請（專利權）人: 北京空間技術研制試驗中心
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種高精度地月自由返回軌道設計方法，用于通過設計自由返回軌道搜索流程以及確定軌道參數，進行航天器在地月轉移過程中的自由返回軌道的精確軌道設計，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一，設置所述自由返回軌道在變軌前的近地停泊軌道的軌道參數，從而選取出關于地月轉移段軌道的可變的控制量；

步驟二，使所述航天器進行所述地月轉移加速的速度增量和地月轉移段的飛行時間固定，調整所述近地停泊軌道的升交點赤經和近地點幅角；

步驟三，進行所述地月轉移段的軌道仿真，第一次綜合調整所述速度增量、所述近地停泊軌道的軌道傾角、所述升交點赤經和所述近地點幅角；

步驟四，進行所述地月轉移段的軌道仿真和月地轉移段的軌道仿真，第二次綜合調整所述速度增量、所述近地停泊軌道的軌道傾角、所述升交點赤經、所述近地點幅角、以及所述地月轉移段和所述月地轉移段的飛行時間；以及

步驟五，進行所述地月轉移段的軌道仿真和所述月地轉移段的軌道仿真，獲得精確的自由返回軌道參數，

其中，所述近地停泊軌道的軌道參數至少包括：軌道高度、軌道傾角、升交點赤經和近地點幅角，以及所述自由返回軌道的地月轉移段軌道是通過所述近地停泊軌道進行地月轉移加速變軌形成的，

在所述步驟一中執行：

通過設置所述近地停泊軌道的軌道參數來獲得所述地月轉移段軌道的軌道初值；

使所述地月轉移段軌道的軌道傾角和升交點赤經等于所述近地停泊軌道的軌道傾角和升交點赤經；

使所述地月轉移段軌道的近地距等于所述近地停泊軌道的地心距；

使進行地月轉移加速的加速點在所述近地停泊軌道與所述地月轉移段軌道上的真近點角為0，從而使所述近地停泊軌道和所述地月轉移段軌道的近地點幅角相等；以及

當所述近地停泊軌道的軌道高度不可變時，選擇所述軌道傾角、所述升交點赤經和所述近地點幅角作為所述可變的控制量；

在所述步驟二中執行：

使所述航天器進行所述地月轉移加速的速度增量和所述地月轉移段的飛行時間固定；

通過修正所述近地停泊軌道的所述升交點赤經和所述近地點幅角，調整所述地月轉移段軌道的射向以對準月球；

使對準月球的目標約束數值化為月心距約束；以及

通過微分修正方法修正所述升交點赤經和所述近地點幅角，從而滿足所述月心距約束，

其中，所述月心距約束為：所述地月轉移段終端時刻的月心距＝固定閾值；

在所述步驟三中執行：

將在步驟二中獲得的所述升交點赤經和所述近地點幅角替換所述軌道參數的初值，從而保證所述地月轉移段軌道的射向對準月球；

進行所述地月轉移段的軌道仿真；

通過修正所述速度增量和所述軌道傾角，調整所述航天器在所述地月轉移段終端時刻的月心距、飛行航跡角和所述軌道傾角；以及

通過微分修正法綜合調整所述地月轉移加速的速度增量、所述近地停泊軌道的軌道傾角、所述升交點赤經和所述近地點幅角，使所述航天器在所述地月轉移段終端時刻的月心距、所述飛行航跡角、和所述軌道傾角滿足所述月心距約束、飛行航跡角約束、和軌道傾角約束，

其中，所述月心距約束為：所述地月轉移段終端時刻的月心距＝固定閾值，所述飛行航跡角約束為：所述地月轉移段終端時刻的飛行航跡角＝90°，以及所述軌道傾角約束為：所述地月轉移段終端時刻的月固系軌道傾角＝固定閾值。

2.根據權利要求1所述的高精度地月自由返回軌道設計方法，其特征在于，所述地月轉移加速的速度增量為3.15km/s，以及所述地月轉移段的飛行時間為3天。