[發明專利]一種太陽帆航天器行星圓懸浮軌道之間的轉移方法

有效

• 申請號: 201710369368.9
• 申請日: 2017-05-23
• 公開（公告）號: CN107310752B
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發明（設計）人: 袁建平;陳建林;袁靜;孫沖;高琛
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B64G1/24
• 分類號: B64G1/24;G06F30/20
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

本發明公開了一種太陽帆航天器行星圓懸浮軌道之間的轉移方法，該方法首先分析了行星圓懸浮軌道和橢圓懸浮軌道的動力學模型，并給出了實現這兩類軌道的太陽帆姿態參數和反射率參數求解方法；同時分析了初始、目標行星圓懸浮軌道與行星橢圓懸浮軌道之間進行拼接和轉移的邊界條件；然后根據任務要求，確定航天器進行轉移的初始圓懸浮軌道和最終圓懸浮軌道軌道參數，并根據邊界條件求解用于軌道轉移的行星橢圓懸浮軌道，進而結合行星橢圓懸浮軌道的動力學平衡點和太陽光壓力模型解算太陽帆姿態參數和反射率參數。該發明可針對行星圓懸浮軌道之間的轉移問題，給出合適的行星橢圓懸浮軌道。

技術領域

本發明屬于航空航天技術領域，涉及一種太陽帆航天器行星圓懸浮軌道之間的轉移方法。

背景技術

近年來，隨著先進材料技術、航天技術的發展和突破，太陽帆推進技術、電推進技術等新型的推進技術飛速發展。通常來說，太陽帆推進技術可借助太陽光產生推力而不消耗航天器本身的化學燃料；電推進裝置則具有較大的比沖而在推進航天器的過程中可以減少化學燃料的消耗。因此，相比于傳統的推進裝置，這兩類推進系統在長時間、高能量的航天任務中具有顯著的優勢，特別適用于需要采用強非開普勒軌道作為任務軌道的任務，以及實現強非開普勒軌道之間的轉移任務。

相比于傳統開普勒軌道，強非開普勒軌道在行星的極點觀測任務、土星環和地磁場的觀測任務，以及空間環境監測等任務中有著廣泛的潛在應用價值。因此，大量的文獻對基于太陽帆推進技術的日心圓懸浮軌道、行星圓懸浮軌道、人工拉格朗日點軌道建模理論進行了廣泛的研究。對這類技術的在軌驗證實驗也相繼展開，特別是2010年，日本宇航局首次將名為IKAROS的試驗太陽帆航天器成功送入了太空并進行了大量的技術驗證，這次具有劃時代意義的軌道實驗正式拉開了人類利用太陽帆裝置推進航天器的序幕。

目前而言，基于太陽帆推進技術的任務軌道研究主要集中于日心、行星圓懸浮軌道，拉格朗日平動點軌道，以及日心橢圓懸浮軌道等，對行星橢圓懸浮軌道的研究仍較為少見。作為太陽帆能夠實現的軌道的一部分，行星橢圓懸浮軌道在行星附近環境監測、實現行星圓懸浮軌道之間的轉移等任務中具有潛在的應用價值。本發明針對行星圓懸浮軌道之間的轉移問題，提出了一種利用行星橢圓懸浮軌道進行拼接和轉移的方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種太陽帆航天器行星圓懸浮軌道之間的轉移方法；通過利用太陽帆推進技術設計行星橢圓懸浮轉移軌道，從而實現了行星圓懸浮軌道的轉移任務。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

這種太陽帆航天器行星圓懸浮軌道之間的轉移方法，包括以下步驟：

步驟1，確定太陽帆航天器行星橢圓懸浮軌道模型和行星圓懸浮軌道模型，并且確定兩類軌道下太陽帆的唯一描述參數；

步驟2，通過行星圓懸浮軌道上的太陽帆航天器的位置矢量和速度矢量，確定行星橢圓懸浮軌道和行星圓懸浮軌道進行拼接的邊界條件；

步驟3，將圓懸浮軌道之間的轉移作為目標，得到實現行星圓懸浮軌道之間轉移的橢圓懸浮軌道；

步驟4，通過邊界條件確定橢圓懸浮軌道的軌道參數，根據橢圓懸浮軌道的平衡條件和太陽光壓加速度模型，得到實現橢圓懸浮轉移軌道的太陽帆姿態角參數和反射率參數；

步驟5，判定太陽帆姿態參數和反射率參數是否可實現，若能實現,則橢圓懸浮軌道可作為轉移軌道；否則重復步驟1-4；

步驟6，完成太陽帆航天器在行星圓懸浮軌道之間的轉移。

更進一步的，本發明的特點還在于：

其中步驟1中通過建立慣性參考坐標系非一致旋轉相合坐標系和旋轉坐標系確定兩類軌道下太陽帆的唯一描述參數。

其中步驟2中行星橢圓懸浮軌道和行星圓懸浮軌道進行拼接的位置為橢圓懸浮軌道的近焦點或遠焦點。