[發(fā)明專利]航天器返回預(yù)定落點(diǎn)的大橢圓軌道變軌規(guī)劃方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810796561.5
• 申請(qǐng)日: 2018-07-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109080854B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳偉躍;黃震;楊慶;趙建賀;吳文瑞
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京空間技術(shù)研制試驗(yàn)中心
• 主分類號(hào): B64G1/24
• 分類號(hào): B64G1/24
• 代理公司: 北京謹(jǐn)誠(chéng)君睿知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11538
• 代理人: 陸鑫;延慧

1.一種航天器返回預(yù)定落點(diǎn)的大橢圓軌道變軌規(guī)劃方法，包括以下步驟：

a.確定航天器入軌條件和航天器終端約束條件；

b.確定航天器變軌規(guī)劃變量和規(guī)劃約束；

c.建立大橢圓高速再入返回的變軌規(guī)劃方程；

d.對(duì)航天器進(jìn)行變軌規(guī)劃，計(jì)算變軌參數(shù)；

e.根據(jù)航天器初始軌道和所述變軌參數(shù)進(jìn)行軌道預(yù)報(bào)；

f.計(jì)算航天器再入航程，得出再入航程差；

g.將所述再入航程差反饋至所述變軌規(guī)劃；

h.重復(fù)步驟b～步驟g，采用非線性規(guī)劃迭代求解所需軌道及變軌參數(shù)序列；

所述航天器入軌條件包括航天器入軌軌道六要素；

所述航天器入軌軌道六要素為：半長(zhǎng)軸、偏心率、軌道傾角、升交點(diǎn)赤經(jīng)、近地點(diǎn)幅角和真近點(diǎn)角；

所述航天器終端約束條件包括：返回再入角、再入段期望航程和返回落點(diǎn)；

在所述b步驟中，所述規(guī)劃約束包括推進(jìn)劑約束、飛行時(shí)間約束和觀測(cè)約束；

所述推進(jìn)劑約束可表示為下式(1)：

其中，n為可調(diào)整的變軌次數(shù)，m_i為每次變軌的推進(jìn)劑消耗，M為變軌允許使用的推進(jìn)劑；

所述飛行時(shí)間約束可表示為下式(2)：

t_f-t₀≤T

其中，t₀為航天器入軌時(shí)刻，t_f為再入時(shí)刻，T為允許航天器的最長(zhǎng)在軌飛行時(shí)間；

所述觀測(cè)約束可表示為下式(3)：

t_imin≤t_i≤t_imax(i＝1，2，…，n)

其中，t_imin為允許的最早變軌發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)機(jī)時(shí)刻，t_imax為允許的最晚變軌發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)機(jī)時(shí)刻；

在所述c步驟中，變軌規(guī)劃方程包括：

從大橢圓軌道返回預(yù)定落點(diǎn)的變軌規(guī)劃方程，其可表示為下式(4)：

f₁(σ₀，X₁)＝[λ_aimB_aim]^T

其中，σ₀為變軌規(guī)劃的初始軌道參數(shù)，X₁為變軌規(guī)劃變量，λ_aim為航天器返回落點(diǎn)經(jīng)度，B_aim為航天器返回落點(diǎn)地理緯度，f₁表示返回落點(diǎn)與初始軌道條件及變軌規(guī)劃變量X₁的關(guān)系方程；

再入角與制動(dòng)開(kāi)機(jī)時(shí)刻和制動(dòng)時(shí)長(zhǎng)的關(guān)系方程，其可表示為下式(5)：

f₂(t_n，t_ni)＝θ_e

其中，t_n為制動(dòng)開(kāi)機(jī)時(shí)刻，t_ni為制動(dòng)時(shí)長(zhǎng)，再入角與制動(dòng)開(kāi)機(jī)時(shí)刻和制動(dòng)時(shí)長(zhǎng)的關(guān)系方程用f₂表示；

所述再入航程與期望再入航程的偏差可表示為式(6)：△S＝(ω₃₀-ω_d)R；

其中，ω₃₀為再入段航程角，ω_d為期望的再入段航程角，R為再入段航程參考半徑；

采用拱線規(guī)劃方法迭代計(jì)算所需軌道及變軌參數(shù)序列；

拱線調(diào)整量增量通過(guò)下式(7)計(jì)算：

△ω₁＝K·△S

其中，K為再入段航程反饋系數(shù)，0K≤1/R，K＝1/R時(shí)收斂速度最快。