[發明專利]航天器返回預定落點的大橢圓軌道變軌規劃方法

有效

• 申請號: 201810796561.5
• 申請日: 2018-07-19
• 公開（公告）號: CN109080854B
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 陳偉躍;黃震;楊慶;趙建賀;吳文瑞
• 申請（專利權）人: 北京空間技術研制試驗中心
• 主分類號: B64G1/24
• 分類號: B64G1/24
• 代理公司: 北京謹誠君睿知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11538
• 代理人: 陸鑫;延慧

本發明涉及一種航天器返回預定落點的大橢圓軌道變軌規劃方法，包括步驟：a.確定航天器入軌條件和航天器終端約束條件；b.確定航天器變軌規劃參數變量和規劃約束；c.建立大橢圓高速再入返回的變軌規劃方程；d.對航天器進行變軌規劃，計算變軌參數；e.根據航天器初始軌道和所述變軌參數進行軌道預報；f.計算航天器再入航程，得出再入航程差；g.將所述再入航程差反饋至所述變軌規劃，采用非線性規劃迭代計算所需軌道及變軌參數序列。根據本發明的航天器返回預定落點的大橢圓軌道變軌規劃方法能夠解決近地航天器大橢圓高速再入返回的變軌規劃問題。

技術領域

本發明涉及一種航天器返回預定落點的大橢圓軌道變軌規劃方法。

背景技術

運載火箭將航天器發射入軌形成的軌道成為入軌軌道。航天器返回前的運行軌跡成為運行軌道。返回過程中的運行軌跡稱為返回軌道。繞地飛行的返回式航天器入軌軌道通常為近圓低軌軌道，經過變軌后可以到達軌道能量較高的大橢圓運行軌道，在大橢圓軌道開展科學試驗任務后需返回至預定落點，將試驗樣品以及相關設備回收。返回是指航天器沿其運行軌道或者經過變軌后沿過渡軌道進入地球大氣層，在空氣動力的作用下減速并著陸的過程。

為便于試驗樣品以及相關設備的回收，需選擇合適的預定落點。對于一般的近圓軌道返回，通常采用回歸軌道(星下軌跡周期性重復的軌道)，保證在返回圈航天器的星下點軌跡經過著陸場內的預定落點。對于大橢圓再入返回的情況，返回前的運行軌道一般為非回歸軌道(星下軌跡不呈現周期性重復的規律)，返回前需要進行變軌，保證返回圈航天器星下點軌跡經過預定落點。同時對大橢圓高速再入返回問題，制動點的選擇影響制動推進劑的消耗，變軌方案決定了在確定的推進劑約束下能否返回預定落點。

航天器在大橢圓軌道上運行，完成試驗任務后制動，將制動點另一側的拱點降低至大氣層以內甚至大氣層以下，才能保證返回艙返回地球。在橢圓軌道運行期間，橢圓軌道的拱線在空間轉動，返回制動點若在橢圓軌道的近地點，為返回地球制動速度增量將異常巨大。因此對于航天器從大橢圓軌道返回，需要解決的關鍵問題是控制橢圓軌道拱線的轉動并滿足星下點軌跡經過預定落點的約束，同時滿足其他設計約束。高效、合理的變軌規劃方法是滿足各種設計約束實現航天器返回至預定落點的關鍵。

現有的返回前軌道變軌規劃主要涉及兩類返回變軌問題，近地近圓軌道返回和月地軌道返回，對于大橢圓軌道返回的變軌規劃問題國內和國際都鮮有涉及。本發明給出的方法適用于返回前的大橢圓運行軌道為非回歸軌道和回歸軌道的情況。

發明內容

本發明的目的在于解決近地航天器大橢圓高速再入返回的變軌規劃問題，提供一種航天器返回預定落點的大橢圓軌道變軌規劃方法。

為實現上述發明目的，本發明提供一種航天器返回預定落點的大橢圓軌道變軌規劃方法，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.確定航天器變軌規劃參數變量和規劃約束；

c.建立大橢圓高速再入返回的變軌規劃方程；

d.對航天器進行變軌規劃，計算變軌參數；

e.根據航天器初始軌道和所述變軌參數進行軌道預報；

f.計算航天器再入航程，得出再入航程差；

g.將所述再入航程差反饋至所述變軌規劃；

h.重復步驟b～步驟g，采用非線性規劃迭代求解所需軌道及變軌參數序列。

根據本發明的一個方面，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：半長軸、偏心率、軌道傾角、升交點赤經、近地點幅角和真近點角；

根據本發明的一個方面，所述航天器終端約束包括：返回再入角、再入段期望航程和返回落點。