[發(fā)明專利]一種小推力懸浮軌道上航天器編隊飛行方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810546536.1
• 申請日: 2018-05-31
• 公開（公告）號: CN108614578B
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐明;潘曉;馬越辰;伍濤;鄭亞茹;和星吉
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張輝

1.一種小推力懸浮軌道上航天器編隊飛行方法，其特征在于包括如下步驟：

(1)建立有界懸浮軌道的軌道參數(shù)(h_z,κ,α,ΔE,Δr)到編隊參數(shù)(ΔT,ΔΩ)的映射：f:(h_z,κ,α,ΔE,Δr)→(ΔT,ΔΩ)，將五維空間壓縮到二維空間；

其中，懸浮軌道由軌道參數(shù)(h_z,κ,α,ΔE,Δr)唯一表征，h_z為動量矩，κ為推力加速度，α為推力俯仰角，ΔE為系統(tǒng)能量和穩(wěn)定平衡點勢能的差值，為正數(shù)，Δr為任一軌道Poincaré映射的遠地點與周期軌道Poincaré映射點之間的距離，Δr＝0為懸浮周期軌道，Δr≠0為懸浮擬周期軌道；(ΔT,ΔΩ)表征懸浮軌道的編隊飛行條件，ΔT為穿越周期，是懸浮軌道相鄰兩次從下往上穿過特定截面的時間間隔，ΔΩ是ΔT時間間隔內(nèi)的軌道角度偏移；

懸浮周期軌道的ΔT和ΔΩ是常值，在軌道推演過程中保持不變；懸浮擬周期軌道中，ΔT和ΔΩ相對于穿越次數(shù)呈周期性變化，取其平均值和表征；

(2)確定編隊條件：

設(shè)主星記為A，從星記為B，懸浮周期軌道記為p，懸浮擬周期軌道記為q，則懸浮周期軌道與懸浮周期軌道之間的編隊條件為：ΔT_pA＝ΔT_pB,ΔΩ_pA＝ΔΩ_pB，懸浮周期軌道與懸浮擬周期軌道之間的編隊條件為：懸浮擬周期軌道與懸浮擬周期軌道之間的編隊條件為：

ΔT_pA表示主星在懸浮周期軌道中運動的穿越周期，ΔT_pB表示從星在懸浮周期軌道中運動的穿越周期,ΔΩ_pA表示主星在懸浮周期軌道中運動的軌道角度偏移，ΔΩ_pB表示從星在懸浮周期軌道中運動的軌道角度偏移，表示主星在懸浮擬周期軌道中運動的平均穿越周期，表示從星在懸浮擬周期軌道中運動的平均穿越周期，表示主星在懸浮擬周期軌道中運動的平均軌道角度偏移，表示從星在懸浮擬周期軌道中運動的平均軌道角度偏移；

(3)在二維(ΔT,ΔΩ)平面內(nèi)搜索滿足步驟(2)中各個編隊條件的主從星懸浮軌道；

(4)將主從星的懸浮軌道轉(zhuǎn)換到主星的軌道坐標(biāo)系中，得到相對軌道，實現(xiàn)主星和從星的有界編隊飛行。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小推力懸浮軌道上航天器編隊飛行方法，其特征在于：建立有界懸浮軌道的軌道參數(shù)(h_z,κ,α,ΔE,Δr)到編隊參數(shù)(ΔT,ΔΩ)映射的方法如下：

(2.1)將軌道參數(shù)h_z,κ,α代入懸浮軌道的動力學(xué)方程，求解出動力學(xué)系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡點，記為L_s，其在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系R下的坐標(biāo)記為(ρ_s,z_s)，代入軌道參數(shù)的動力學(xué)方程形式如下

其中，ρ是懸浮軌道在慣性坐標(biāo)系I的xy平面中的投影半徑，z是懸浮軌道的懸浮高度，r是航天器到地球的距離；

(2.2)利用如下公式計算系統(tǒng)的能量：

(2.3)根據(jù)系統(tǒng)能量E與Δr解算出軌道初值，懸浮周期軌道的初值是懸浮擬周期軌道的初值是其中ρ_p和可利用保哈密頓系統(tǒng)守恒的軌道修正法得到，

ρ_p表示懸浮周期軌道在慣性坐標(biāo)系I的xy平面中的投影半徑，表示懸浮周期軌道的投影半徑對時間的一階導(dǎo)數(shù)，即懸浮周期軌道沿ρ方向的速度，表示懸浮周期軌道的懸浮高度對時間的一階導(dǎo)數(shù)，即懸浮周期軌道沿z方向的速度，表示懸浮擬周期軌道的懸浮高度對時間的一階導(dǎo)數(shù)，即懸浮擬周期軌道沿z方向的速度；

(2.4)根據(jù)軌道初值和動力學(xué)方程，通過數(shù)值積分得到軌道，獲得軌道的(ΔT,ΔΩ)參數(shù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小推力懸浮軌道上航天器編隊飛行方法，其特征在于：所述步驟(1)中，是任意時刻慣性坐標(biāo)系的x軸與旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系(ρ,z)平面之間的夾角。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種小推力懸浮軌道上航天器編隊飛行方法，其特征在于：所述步驟(1)中，n是穿越總次數(shù)