[發明專利]基于行星借力的水星交會脈沖軌道優化設計方法

有效

• 申請號: 201910595845.2
• 申請日: 2019-07-03
• 公開（公告）號: CN110489781B
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發明（設計）人: 鄭藝裕;李綠萍;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;G06F30/15
• 代理公司: 上海段和段律師事務所 31334
• 代理人: 李佳俊;郭國中

1.一種基于行星借力的水星交會脈沖軌道優化設計方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1、建立平面內橢圓型的地球、金星和水星解析星歷模型與相位自由軌道模型，設定探測器從地球出發后，通過對金星進行2次借力到達水星；

步驟2、在一定的范圍內離散化發射相位和發射速度形成一系列網格點，以每個網格點為初始條件計算地球到水星的交會軌道，繪制水星交會速度等高線圖；

步驟3、利用水星交會速度等高線圖，選取最優發射相位和發射速度，然后利用步驟1中的行星解析星歷模型，計算得到地球到水星的交會軌道。

2.根據權利要求1所述的基于行星借力的水星交會脈沖軌道優化設計方法，其特征在于：步驟1具體包括：

步驟101：以某一歷元時刻的軌道根數為基準，設定地球、金星和水星的軌道傾角為零，建立平面內橢圓型的行星解析星歷模型；

步驟102：在該星歷模型的基礎上，假設任意時刻行星可在其軌道上任意點出現，構建以行星平近點角為獨立變量的行星相位自由軌道模型；

步驟103：設定借力序列為地球-金星-金星-水星，其中第1次金星借力采用1:1共振飛越，第2次金星借力按照最低允許高度300 km飛越。

3.根據權利要求1所述的基于行星借力的水星交會脈沖軌道優化設計方法，其特征在于：步驟2具體包括：

步驟201：假定發射速度與地球速度相反，在一定的范圍內對發射相位和發射速度進行離散化，得到一系列網格點；

步驟202：以每個網格點為初始條件，利用行星相位自由軌道模型和探測器與行星軌道相交算法計算地球到金星的轉移軌道，實現對金星的1:1共振借力；利用行星共振借力軌道算法計算和行星借力模型，計算金星到金星的轉移軌道以及金星到水星的轉移軌道，獲得水星交會速度；

步驟203：完成所有網格點對應的轉移軌道計算，繪制水星交會速度等高線圖。

4.根據權利要求1所述的基于行星借力的水星交會脈沖軌道優化設計方法，其特征在于：步驟3具體包括：

步驟301：根據水星交會速度等高線圖，選取最小交會速度對應的最優發射相位和發射速度，得到發射相位、借力天體相位以及水星交會相位的最優相對相位；進一步利用行星解析星歷模型計算，計算給定發射年份的具體發射時刻、發射位置和發射速度；

步驟302：設定地球到金星轉移軌道的深空機動位于第1個近日點，以深空機動的脈沖速度為優化目標，利用多圈蘭伯特算法優化計算轉移圈數，計算地球到金星的轉移軌道；緊接著利用行星共振借力算法，計算金星到進行的共振借力轉移軌道；

步驟303：設定第2次金星借力的飛越高度為300 km，計算該次借力后探測器的日心軌道；以深空機動的脈沖速度為優化目標，對深空機動位置的真近點角和轉移圈數進行優化計算得到金星到水星的轉移軌道。