[發明專利]基于日地旋轉坐標系的小行星探測精確軌道轉移方法

在審

• 申請號: 201911074223.1
• 申請日: 2019-11-06
• 公開（公告）號: CN110736469A
• 公開（公告）日: 2020-01-31
• 發明（設計）人: 喬棟;李翔宇;黃江川;賈飛達
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01C21/24
• 分類號: G01C21/24;G01C21/02;G01C21/16
• 代理公司: 11639 北京理工正陽知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 張利萍

1.基于日地旋轉坐標系的小行星探測精確軌道轉移方法，其特征在于：包括如下步驟，

步驟一：根據選擇的探測目標，利用發射機會搜索，確定二體模型下最優的星際轉移機會；

步驟二：建立日地旋轉坐標系和橢圓型限制性三體動力學方程；

步驟三：將日心段轉移軌道的位置速度狀態轉換至旋轉坐標系下；

步驟四：給定地球出發的初始軌道高度，采用二階微分修正算法修正日地旋轉系下的轉移軌道，實現旋轉系下地球逃逸軌道和日心轉移軌道一體化設計；

步驟五：將旋轉系下得到的轉移軌道轉換至慣性系下，得到精確的轉移軌道，按照得到的轉移軌道，探測器能夠實現精度高、效率高的從地球至目標小行星的軌道轉移。

2.如權利要求1所述的基于日地旋轉坐標系的小行星探測精確軌道轉移方法，其特征在于：步驟一實現方法為，

根據探測任務確定目標，給定發射時間和轉移時間的搜索區間，對任一發射時間T_s和轉移時間T_f，根據星歷確定出發時刻的地球位置速度r_E(T_s),v_E(T_s)和到達時刻的小行星位置r_a(T_s+T_f),v_a(T_s+T_f)；通過求解Lambert問題，得到轉移所需的速度增量Δv；對發射時間和轉移時間遍歷，即能夠得到發射機會等高線圖，得到轉移速度增量最優的機會，記為T_s^*,確定日心段轉移軌道Γ。

3.如權利要求2所述的基于日地旋轉坐標系的小行星探測精確軌道轉移方法，其特征在于：步驟二實現方法為，

選擇日地連線為x軸，日地系統的質心作為原點建立旋轉坐標系，z軸為地球的角速度方向，y軸與x、z軸構成右手坐標系；由于地球相對太陽的軌道運動存在偏心率，因此建立橢圓型限制性三體動力學模型描述探測器在日地旋轉坐標系下的運動，探測器的運動描述為式(1)：

其中μ＝m₂/(m₁+m₂)表示系統的質量系數，m₁為太陽質量，m₂為地球質量；根據二體運動得坐標系旋轉的角速度ω和角加速度分別為：

其中a和e分別表示地球的軌道半長軸和偏心率，E為偏近點角，G指引力常數；

選擇地球半長軸為單位長度AU，地球公轉平均角速度的倒數為單位時間TU，則分別為運動探測器到太陽和地球的歸一化距離；其中R表示歸一化的日地距離，同樣與偏近點角有關R＝1-ecos(E)。