[發明專利]太陽系邊際探測電推進轉移軌道設計方法及系統

有效

• 申請號: 202110455468.X
• 申請日: 2021-04-26
• 公開（公告）號: CN113268809B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 鄭藝裕;信思博;鄧武東;柳明星
• 申請（專利權）人: 上海衛星工程研究所
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;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

1.一種太陽系邊際探測電推進轉移軌道設計方法，其特征在于，包括：

步驟S1：建立深空電推進-借力轉移軌道設計模型，包括行星借力軌道模型和電推進軌道模型，并設定飛行序列；

步驟S2：根據設定的飛行序列，設定探測器從地球以接近1:2共振比出發，以彈道飛行的方式對優化變量進行猜測，利用Sims-Flanagan模型進行軌道遞推，獲得發射參數、行星借力參數、轉移時間以及燃料消耗參數；

步驟S3：設定發射C3、借力高度約束條件，根據Sims-Flanagan模型和借力軌道模型，利用SQP算法進行初步優化；

步驟S4：根據初步優化結果，采用軌道動力學模型，依據間接法進行再優化，獲取最終解；

所述步驟S1具體包括：

步驟S1.1：根據太陽能推進推力大小和比沖具有跳躍、不連續的性質，對推力大小和比沖進行平滑化處理，在確保精度的同時，將推力和比沖函數改造為連續可導函數；

步驟S1.2：對電推進軌道進行離散化處理，建立日心二體電推進Sims-Flanagan模型；

步驟S1.3：考慮八大行星的引力影響，建立日心多體軌道模型，采用最優控制理論的間接法推導，得到打靶方程，該方程的迭代變量包含6個協狀態初值，迭代目標也借力時刻的位置和速度；

所述步驟S2具體包括：

步驟S2.1：根據設定的飛行序列，設定探測器從地球以接近1:2共振比沿著地球切向出發；

步驟S2.2：設定推力大小為零，以彈道飛行的方式對地球、木星和海王星借力雙曲線超速矢量、探測器質量以及飛越歷元進行猜測；

步驟S2.3：利用Sims-Flanagan模型進行軌道遞推，獲得發射參數、行星借力參數、轉移時間以及燃料消耗在內的相關參數，逐步迭代調整直至滿足軌道連續性，完成優化變量初值猜測。

2.根據權利要求1所述的太陽系邊際探測電推進轉移軌道設計方法，其特征在于，所述步驟S1中，所設定的飛行序列為地球-地球-木星-海王星。

3.根據權利要求1所述的太陽系邊際探測電推進轉移軌道設計方法，其特征在于，所述步驟S3具體包括：

步驟S3.1：設定發射C3和借力高度約束條件；

步驟S3.2：采用Sims-Flanagan模型和借力軌道模型，利用SQP算法進行初步優化；

步驟S3.3：根據初步優化結果，獲取各階段行星借力、探測器質量以及轉移時間軌道參數，作為?間接法優化的初始解。

4.根據權利要求1所述的太陽系邊際探測電推進轉移軌道設計方法，其特征在于，所述步驟S4具體包括：

步驟S4.1：根據初步優化結果，對轉移軌道進行階段劃分，整理各階段的借力參數；

步驟S4.2：采用間接法對各個階段的優化進行建模，獲得各階段兩點邊值問題；

步驟S4.3：對兩點邊值問題進行打靶迭代，采用多變量牛頓迭代，構建迭代方程，進行循環計算，直至滿足指定精度，獲取最終解。