[發明專利]基于月球借力的GEO衛星應急轉移軌道快速優化設計方法

有效

• 申請號: 201910130688.8
• 申請日: 2019-02-21
• 公開（公告）號: CN110096726B
• 公開（公告）日: 2023-08-11
• 發明（設計）人: 鄭藝裕;黃欣;宋效正
• 申請（專利權）人: 上海衛星工程研究所
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F111/04;G06F119/14
• 代理公司: 上海段和段律師事務所 31334
• 代理人: 李佳俊;郭國中

本發明涉及到一種航天器軌道技術領域內的基于月球借力的GEO衛星應急轉移軌道快速優化設計方法，所述方法包括如下步驟：步驟1、建立高精度的軌道動力學模型，完成地月轉移窗口搜索和奔月軌道初步設計；步驟2、建立月球借力軌道模型，繪制借力后返回軌道的關鍵參數等高線圖，為借力參數優化設計提供初值；步驟3、利用繪制的等高線圖和返回軌道設計約束，對借力參數進行優化，完成借力返回軌道設計。本發明有效解決了月球借力參數快速優化設計難題，為GEO衛星應急轉移方案快速制定提供了有效的方法，數值計算結果顯示了該方法的有效性。

技術領域

本發明涉及到航天器軌道技術領域，尤其涉及到航天器近地軌道與月球借力飛行軌道優化設計方法。

背景技術

地球靜止軌道(GEO)衛星在任務期間有兩個主要階段，一是地球同步轉移軌道(GTO)到GEO的轉移，二是GEO軌道任務執行階段。衛星從GTO到GEO的轉移涉及大幅度的軌道傾角改變和近地點抬升，需要消耗的燃料量較大，通常接近于衛星干重。因此，運載火箭在上升過程一旦出現故障，未能將衛星送入預定的GTO軌道，那么衛星將有可能由于燃料不夠而無法進入GEO軌道，造成任務失敗。月球借力軌道是解決GEO衛星應急轉移的有效技術之一。例如，1997年的“亞洲三號”通信衛星利用月球借力，實現了從傾角為51.2°的GTO到軌道傾角僅為幾度的GEO轉移，挽救行動取得了成功。GEO衛星應急轉移方案的制定具有突出的緊迫性特點，對應急軌道初步方案的快速設計提出了迫切的需求。現有技術探索了基于圓錐曲線拼接模型和三體模型的GEO衛星應急轉移軌道設計方案，但是存在模型復雜、變量多等缺點，不利于應急轉移軌道快速設計。

經對現有技術的檢索，中國發明專利CN201810358047.3，發明名稱為一種GEO衛星的智能自主運行系統，其特征是，包括如下步驟：步驟1)系統初始化；步驟2)讀取GEO衛星與其它導航衛星之間的測距和測角數據；步驟3)利用觀測數據計算觀測殘差，作為利用深度神經網絡設計的攝動估計神經網絡和神經網絡魯棒項模塊的輸入；步驟4)攝動估計神經網絡利用GEO衛星的觀測殘差作為輸入，對攝動加速度udx、udy、udz和未建模攝動項進行估計，用于補償相對運動模型；步驟5)神經網絡魯棒項模塊以GEO衛星的觀測殘差作為輸入，輸出一個魯棒項；步驟6)讀取控制量加上攝動估計神經網絡和神經網絡魯棒項模塊的輸出作為輸入，利用神經網絡狀態觀測器，基于動力學模型：x,y,z分別為GEO衛星相對于標稱軌道的相對運動狀態在以標稱軌道為坐標原點的動坐標系的三個坐標軸分量；n為GEO衛星標稱軌道的旋轉角速度，等于地球的自轉角速度；r標為GEO衛星軌道半徑；udx、udy、udz分別是三個坐標軸上的攝動加速度，ucx、ucy、ucz為三個坐標軸上的控制量；μ為地球引力系數；確定GEO衛星的相對運動狀態，結合已知的標稱狀態輸出GEO衛星的估計狀態；步驟7)利用神經網絡控制器所實現的控制律，計算控制量；步驟8)將控制量輸入給GEO衛星，得到新的衛星狀態，并得到新狀態對應的新的觀測數據；步驟9)返回步驟2)，循環運行自主運行系統。但未能有效解決GEO衛星應急轉移軌道設計變量多、優化難度大等問題。

發明內容

本發明的目的是針對GEO衛星應急轉移問題，提出一種基于月球借力的GEO衛星應急轉移軌道快速初步設計方法。本發明能夠有效解決GEO衛星應急轉移軌道設計變量多、優化難度大等問題，為GEO衛星應急轉移軌道快速優化設計與分析提供有益的參考。

實現本發明的技術方案如下：

本發明一種基于月球借力的GEO衛星應急轉移軌道快速優化設計方法，包括如下步驟：

步驟1、建立高精度的軌道動力學模型，完成地月轉移窗口搜索和奔月軌道初步設計；

步驟2、建立月球借力軌道模型，繪制借力后返回軌道的關鍵參數等高線圖，為借力參數優化設計提供初值；

步驟3、利用繪制的等高線圖和返回軌道設計約束，對借力參數進行優化，完成借力返回軌道設計。

上述技術方案中，步驟1具體包括：