[發(fā)明專利]基于日地旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的小行星探測精確軌道轉(zhuǎn)移方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911074223.1
• 申請日: 2019-11-06
• 公開（公告）號: CN110736469A
• 公開（公告）日: 2020-01-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 喬棟;李翔宇;黃江川;賈飛達(dá)
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 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(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 張利萍

本發(fā)明為公開的基于日地旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的小行星探測精確軌道轉(zhuǎn)移方法，屬于航空航天技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的實現(xiàn)方法為：通過利用等高線圖搜索最優(yōu)星際轉(zhuǎn)移機(jī)會；建立日地旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，將最優(yōu)轉(zhuǎn)移機(jī)會轉(zhuǎn)換至旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系；基于橢圓型限制性三體動力學(xué)方程，考慮地球出發(fā)高度約束，通過二階微分修正算法在旋轉(zhuǎn)系下對軌道進(jìn)行修正；將轉(zhuǎn)移軌道轉(zhuǎn)換至慣性系，完成小行星探測精確轉(zhuǎn)移軌道設(shè)計，得到地心慣性系下的精確地球?小行星轉(zhuǎn)移軌道，按照得到的地球?小行星轉(zhuǎn)移軌道進(jìn)行軌道轉(zhuǎn)移，探測器能夠?qū)崿F(xiàn)精度高、效率高的從地球至目標(biāo)小行星的軌道轉(zhuǎn)移。本發(fā)明同時考慮地球逃逸軌道和日心轉(zhuǎn)移軌道，無需進(jìn)行圓錐軌道拼接，能夠提高軌道設(shè)計的精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種在日地旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下進(jìn)行小行星探測軌道轉(zhuǎn)移方法，尤其涉及適用于考慮真實星歷的高精度小行星探測轉(zhuǎn)移方法，屬于航空航天技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

小行星被稱為太陽系的活化石，對小行星的研究將有助于人類了解太陽系的形成與演化和生命起源的關(guān)鍵信息，同時觀測表明小行星具有豐富的資源，開展小行星探測有助于未來的資源開發(fā)與利用，因此小行星探測是深空探測領(lǐng)域的熱門話題。

小行星探測星際轉(zhuǎn)移軌道設(shè)計是開展小行星探測任務(wù)的前提，將決定探測任務(wù)的總速度增量，進(jìn)而決定探測器的燃料消耗和系統(tǒng)規(guī)模。傳統(tǒng)的小行星探測軌道設(shè)計首先基于二體模型進(jìn)行發(fā)射機(jī)會搜索，然后通過圓錐曲線拼接原理完成地球逃逸軌道設(shè)計，并完成軌道拼接。計算過程繁瑣。

已發(fā)展的關(guān)于小行星轉(zhuǎn)移軌道設(shè)計方法在先技術(shù)[1](參見Hulkower N D,Lau CO,Bender D F.Optimum two-impulse transfers for preliminary interplanetarytrajectory design.Journal of Guidance,Control,and Dynamics 1984；7(4):458-461.)給出了采用等高線圖搜索小行星探測機(jī)會的方法，該方法可以得到最優(yōu)的兩脈沖轉(zhuǎn)移軌道，且發(fā)射機(jī)會與時間無關(guān)，但該方法未考慮地球發(fā)射段軌道。

在先技術(shù)[2](參見：Wang Y.,Qiao D.,Cui P..Design of Optimal ImpulseTransfers from the Sun-Earth Libration Point to Asteroid[J].Advance in SpaceResearch.2015,56(1):176-186)提出利用三體系統(tǒng)不變流形進(jìn)行小天體探測的軌道設(shè)計方法，但該方法只適用于從平衡點軌道出發(fā)的探測器，對于從地球出發(fā)的探測軌道設(shè)計不適用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明公開的基于日地旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的小行星探測精確軌道轉(zhuǎn)移方法要解決的技術(shù)問題是：提供一種將地球逃逸段和日心轉(zhuǎn)移段一體設(shè)計的高精度小行星軌道轉(zhuǎn)移方法，具有精度高、效率高、收斂性好的優(yōu)點。

本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的。

本發(fā)明為公開的基于日地旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的小行星探測精確軌道轉(zhuǎn)移方法，通過利用等高線圖搜索最優(yōu)星際轉(zhuǎn)移機(jī)會。建立日地旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，將最優(yōu)轉(zhuǎn)移機(jī)會轉(zhuǎn)換至旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系。基于橢圓型限制性三體動力學(xué)方程，考慮地球出發(fā)高度約束，通過二階微分修正算法在旋轉(zhuǎn)系下對軌道進(jìn)行修正。將轉(zhuǎn)移軌道轉(zhuǎn)換至慣性系，完成小行星探測精確轉(zhuǎn)移軌道設(shè)計，得到地心慣性系下的精確地球-小行星轉(zhuǎn)移軌道，按照得到的地球-小行星轉(zhuǎn)移軌道進(jìn)行軌道轉(zhuǎn)移，探測器能夠?qū)崿F(xiàn)精度高、效率高的從地球至目標(biāo)小行星的軌道轉(zhuǎn)移。本發(fā)明同時考慮地球逃逸軌道和日心轉(zhuǎn)移軌道，無需進(jìn)行圓錐軌道拼接。同時轉(zhuǎn)移過程中始終考慮地球引力影響，能夠提高軌道設(shè)計的精度。

本發(fā)明為公開的基于日地旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的小行星探測精確軌道轉(zhuǎn)移方法，包括如下步驟：

步驟一：根據(jù)選擇的探測目標(biāo)，利用發(fā)射機(jī)會搜索，確定二體模型下最優(yōu)的星際轉(zhuǎn)移機(jī)會。