[發明專利]一種用于空間碎片接近的軌道設計方法

有效

• 申請號: 201910096002.8
• 申請日: 2019-01-31
• 公開（公告）號: CN109774974B
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發明（設計）人: 吳宅蓮;齊金玲;周美江;吳會英;姬聰云
• 申請（專利權）人: 上海微小衛星工程中心
• 主分類號: G06F17/40
• 分類號: G06F17/40;G05D1/10;G01C21/24;B64G1/24
• 代理公司: 上海智晟知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31313
• 代理人: 楊飛;李鏑的

本發明提供了一種用于空間碎片接近的軌道設計方法，包括設定機動衛星的停泊軌道；將所述停泊軌道和所述目標軌道的交線地心距差足夠小的交線點取出作為可能交會點，根據所述可能交會點取出對應的可能軌控點；在無時間的約束下，求解每個所述可能交會點和與其相應的所述可能軌控點之間的最小速度增量，從而每個所述可能交會點均可得到與其對應的速度增量最小值和最優軌控點；結合相位調整對速度增量的影響，優選出最佳交會點和最佳軌控點；最后將所述機動衛星與目標碎片在接近時的距離矢量要求疊加到所述最佳交會點上，迭代計算最終所需速度增量，得到最優轉移軌道。

技術領域

本發明涉及航天技術領域，尤其涉及一種用于空間碎片接近的軌道設計方法。

背景技術

自1957年蘇聯第一顆衛星升空至2018年1月為止，全球已有5400次的發射，短短六十年，空間技術得到了快速發展，與此同時，太空中也遺留了越來越多的空間碎片，軌道變得越來越擁擠，碰撞事件頻發：1991年12月，當時俄羅斯一顆失效衛星“宇宙1934”撞上了本國另一顆衛星“宇宙926”；1996年7月，法國Cerise電子偵察衛星與“Ariane V16”末級火箭殘骸相撞；2005年1月，中國“長征4號”火箭碎片和美國發射的“雷神”火箭末級殘骸發生碰撞；2009年2月，美國的通信衛星“銥星33”與俄羅斯已經報廢的軍用衛星“宇宙2251”號碰撞。這些碰撞又產生了數以千計的碎片，給原本惡劣的軌道環境雪上加霜。依據美國空間監測網站(Space Surveillance Network，SSN)的數據，至2018年1月，小于1厘米的碎片超過1.66億個，1-10厘米直徑大小的碎片約有75萬個，大于10厘米的碎片約有29000個。

上述碎片的絕大多數都分布在近地軌道上，雖然有一部分碎片可以在大氣阻力的作用下自然隕落，但大部分則繼續呆在太空中。近地軌道是人類使用最為頻繁的軌道，諸如SpaceX、OneWeb等公司都提出了在近地軌道上建立衛星顆數以百計甚至千計的星座計劃，這也意味著近地軌道將進一步擁擠。為了能夠保證今后近地軌道的合理科學的繼續使用，一是令后續發射的衛星在服務結束后能主動離軌，二是采用主動手段移除空間碎片。對于后者，目前已經有用抓鉤抓取碎片、使用漁網給碎片增阻、使用大太陽帆等手段，有一些還停留在概念階段，有一些已經進入太空試驗階段，2018年10月，英國用漁網抓捕小衛星試驗取得成功。無論是抓鉤、漁網還是太陽帆，都需要主動接近碎片才有效。對于未來專門進行碎片清除任務的衛星來說，很明顯，為了提高效率和降低成本，需盡量多的清除碎片，在這也意味如何在有限的燃料下接近更多的碎片。

發明內容

有鑒于上述技術問題，本發明提供了一種用于空間碎片接近的橢圓軌道設計方法，包括：

設定機動衛星的停泊軌道；

將所述停泊軌道和所述目標軌道的交線地心距差足夠小的交線點取出作為可能交會點，根據所述可能交會點取出對應的可能軌控點；

在無時間的約束下，求解每個所述可能交會點和與其相應的所述可能軌控點之間的最小速度增量，從而每個所述可能交會點均可得到與其對應的速度增量最小值和最優軌控點；

結合相位調整對速度增量的影響，優選出最佳交會點和最佳軌控點。

將所述機動衛星與目標碎片在接近時的距離矢量要求疊加到所述最佳交會點上，迭代計算最終所需速度增量，得到最優轉移軌道。

進一步地，所述停泊軌道被設置為橢圓軌道。

進一步地，所述停泊軌道的參數設置包括：停泊軌道傾角0°、近地點高度400km、遠地點高度1400km。

進一步地，所述交線地心距差是停泊軌道交點徑向地心距與目標軌道交點徑向地心距的差異。

進一步地，將所述交線地心距差小于20km的交線點取出作為所述可能交會點。

進一步地，取出距所述可能交會點最近的一軌數據為所述可能軌控點。