[發(fā)明專利]基于天基激光平臺驅(qū)動的空間目標(biāo)變軌計(jì)算方法及其裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810644927.7
• 申請日: 2018-06-21
• 公開（公告）號: CN108974395B
• 公開（公告）日: 2019-11-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 常浩;金星;葉繼飛;李南雷;周偉靜
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍戰(zhàn)略支援部隊(duì)航天工程大學(xué)
• 主分類號: B64G4/00
• 分類號: B64G4/00;G06F17/50
• 代理公司: 11540 北京元周律知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 胡璇<國際申請>=<國際公布>=<進(jìn)入國

本發(fā)明公開了一種基于天基激光平臺驅(qū)動的空間目標(biāo)變軌計(jì)算方法及其裝置，該方法包括以下步驟：步驟S100：獲取空間目標(biāo)的更新位置矢量；步驟S200：根據(jù)激光燒蝕沖量和空間目標(biāo)質(zhì)量，得到激光燒蝕速度增量；步驟S300：根據(jù)初始速度矢量和激光燒蝕速度增量，獲得空間目標(biāo)的驅(qū)動速度矢量，根據(jù)驅(qū)動速度矢量和空間目標(biāo)的初始位置矢量，得到激光驅(qū)動后空間目標(biāo)的軌道參數(shù)。該方法能分析天基激光驅(qū)動空間目標(biāo)的軌道變化效果，能夠?qū)す怛?qū)動力對在軌目標(biāo)產(chǎn)生的變軌效果進(jìn)行計(jì)算。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于天基激光平臺驅(qū)動的空間目標(biāo)變軌計(jì)算方法及其裝置，屬于空間目標(biāo)激光操控領(lǐng)域。

背景技術(shù)

自1957年人類進(jìn)人空間時(shí)代以來，頻繁的航天活動產(chǎn)生了數(shù)量龐大的空間碎片，已經(jīng)嚴(yán)重污染了空間環(huán)境，威脅著航天活動的安全。空間碎片主要是指人類在太空活動中遺留在空間中的廢棄航天器殘骸以及它們因碰撞或爆炸而產(chǎn)生的碎片?？臻g碎片主要分布在400～2000km的近地軌道(LEO)上，其中尺寸量級在1～10cm的小尺度空間碎片因無法被監(jiān)測跟蹤，并且能對LEO軌道空間目標(biāo)產(chǎn)生致命的危害，是LEO區(qū)域最危險(xiǎn)的空間碎片，以下也稱空間目標(biāo)。

目前在近地軌道上直徑大于10cm，小于100cm的空間目標(biāo)約有2200多個(gè)。直徑大于1cm，小于10cm的空間目標(biāo)數(shù)目約為10萬個(gè)。

國內(nèi)外提出的空間碎片主動移除方案主要有繩系拖拽法、捕獲法和激光輻照法三類。激光輻照主動移除空間碎片技術(shù)因可同時(shí)進(jìn)行探測和跟瞄，操作簡單，響應(yīng)時(shí)間短，可重復(fù)使用，且成本較低，是目前國內(nèi)外移除小尺度空間碎片最有前景的方法，也是當(dāng)前的研究重點(diǎn)。

天基激光清除技術(shù)是指，天基衛(wèi)星平臺搭載高能激光系統(tǒng)，通過激光遠(yuǎn)距離燒蝕目標(biāo)產(chǎn)生燒蝕羽流噴射，根據(jù)動量守恒，使目標(biāo)獲得速度增量，從而減速降軌，最終進(jìn)入大氣層燒毀。

在隨著激光器技術(shù)的不斷發(fā)展，天基激光清除技術(shù)因其不受大氣傳輸效應(yīng)的影響，捕獲跟蹤靈活方便等優(yōu)點(diǎn)成為清除空間碎片的一種新的解決途徑。

激光驅(qū)動法利用高能脈沖激光燒蝕固體靶材產(chǎn)生沖量耦合效應(yīng)，通過使用脈沖高功率激光輻照空間目標(biāo)的表面，從而使得光斑區(qū)目標(biāo)表面溫度迅速升高，引起空間表面材質(zhì)的熔化、氣化。激光燒蝕產(chǎn)物進(jìn)一步電離形成等離子體，等離子體迅速向外膨脹，從而對空間目標(biāo)施加反沖沖量。在反沖沖量的作用下，空間目標(biāo)的軌道參數(shù)發(fā)生變化。此種工作機(jī)制具有無污染、效率高等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景廣闊。

以激光燒蝕產(chǎn)生的推力實(shí)現(xiàn)空間在軌目標(biāo)遠(yuǎn)距離非接觸式驅(qū)動，但該驅(qū)動力作用于空間目標(biāo)后，空間目標(biāo)軌道可能產(chǎn)生的改變，無法準(zhǔn)確測算。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本申請的一個(gè)方面，提供了一種基于天基激光平臺驅(qū)動的空間目標(biāo)變軌計(jì)算方法，該方法可根據(jù)天基激光平臺所處軌道和空間目標(biāo)所處軌道，測算出經(jīng)過天基激光平臺驅(qū)動后，空間目標(biāo)之后的軌道，從而為準(zhǔn)確捕獲空間目標(biāo)提供條件。

所述基于天基激光平臺驅(qū)動的空間目標(biāo)變軌計(jì)算方法，包括以下步驟：

步驟S100：分別獲取初始時(shí)刻空間目標(biāo)和所述天基激光平臺的初始位置矢量和初始速度矢量，啟動所述天基激光平臺驅(qū)動所述空間目標(biāo)，獲取所述空間目標(biāo)的更新位置矢量；

步驟S200：由所述空間目標(biāo)的更新位置矢量和所述天基激光平臺的初始位置矢量，得到激光燒蝕沖量方向，根據(jù)所述天基激光平臺輸出激光能量、所述空間目標(biāo)材料的沖量耦合系數(shù)得到激光燒蝕沖量，根據(jù)所述激光燒蝕沖量和所述空間目標(biāo)質(zhì)量，得到激光燒蝕速度增量；

步驟S300：根據(jù)所述初始速度矢量和所述激光燒蝕速度增量，獲得所述空間目標(biāo)的驅(qū)動速度矢量，根據(jù)所述驅(qū)動速度矢量和所述空間目標(biāo)的所述初始位置矢量，得到激光驅(qū)動后所述空間目標(biāo)的軌道參數(shù)。

可選的，所述天基激光平臺與所述空間目標(biāo)之間的距離不超過50km。