[發明專利]一種大入軌偏差情況下組合體分離軌道確定方法和系統

在審

• 申請號: 202111028656.0
• 申請日: 2021-09-02
• 公開（公告）號: CN113779788A
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發明（設計）人: 李楠;陳占勝;潘瑞雪;鄧泓;楊牧;鄧武東
• 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;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

1.一種大入軌偏差情況下組合體分離軌道確定方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：

步驟S1：根據星箭分離異常狀態，確定大偏差入軌點軌道參數及組合體推進艙與軌道轉移相關的平臺參數；

步驟S2：建立描述航天器軌道轉移運動學模型；

步驟S3：利用交軌共點方法對分離軌道點火點位置、速度增量及燃料消耗進行計算；

步驟S4：以期望參數調整至目標值為原則，組合體推進艙最大可用燃料量為邊界，積分迭代實現對分離軌道參數的確定。

2.根據權利要求1所述的一種大入軌偏差情況下組合體分離軌道確定方法，其特征在于，所述步驟S1包括如下步驟：

步驟S1.1：組合體航天器包含多個艙段，每個艙段攜帶推進系統，大入軌偏差情況下推進艙與任務艙需要提前分離，分離軌道的確定首先需要明確異常入軌時刻的組合體航天器軌道狀態，即采用軌道瞬時六根數形式進行描述，即半長軸a₀、偏心率e₀、傾角i₀、升交點赤經Ω₀、近地點幅角ω₀和平近點角M₀；

步驟S1.2：明確組合體推進艙相關平臺參數，包括星箭分離異常時刻重量m、最大可用燃料剩余量m′、發動機推力F和發動機比沖I_sp。

3.根據權利要求1所述的一種大入軌偏差情況下組合體分離軌道確定方法，其特征在于，所述步驟S2中建立J₂地球引力攝動影響下的軌道轉移運動學模型：

其中，分別為點火時刻組合體航天器地心慣性系位置、速度矢量；

r為點火時刻組合體航天器位置矢量的模值；

(x,y,z)為點火時刻航天器地心慣性系三軸位置分量；

為點火時刻組合體航天器地心慣性系三軸速度分量；

(α,δ)為組合體航天器推力方向的赤經、赤緯；

μ＝3.986005×10¹⁴m³·s^-2為地球引力常數；

R_e＝6378.14×10³m為地球赤道半徑；

g₀＝9.80665m·s^-2為地球重力加速度。

4.根據權利要求1所述的一種大入軌偏差情況下組合體分離軌道確定方法，其特征在于，所述步驟S3包括如下步驟：

步驟S3.1：轉移軌道點火點位置計算，目標升交點赤經Ω_s、目標傾角i_s，計算得到目標軌道平面正法向矢量為：

在星箭分離軌道上積分尋找t₀時刻，確定點火點的位置速度

步驟S3.2：轉移軌道速度增量計算，點火點P₀的位置速度目標速度大小為依照如下方向構建相對坐標系F_xyz：

目標速度與相對坐標系F_xyz的軸向夾角為θ，得到目標速度在慣性坐標系下的表示

F_xyz'為構建的相對坐標系，以夾角θ為變量，取極小為目標，[0°,360°]遍歷搜索確定軌道轉移速度增量Δv：

步驟S3.3：軌道轉移耗肼量計算，計算得到軌道轉移最小速度增量對應的燃料消耗Δm：

5.根據權利要求1所述的一種大入軌偏差情況下組合體分離軌道確定方法，其特征在于，所述步驟S4包括如下步驟：

步驟S4.1：確定大入軌偏差條件下的期望調整參數序列Orb′，序列包含半長軸a′、傾角i′與升交點赤經Ω′中某一項或兩項參數；

步驟S4.2：給定大入軌偏差條件下的分離軌道參數序列Orb，分離軌道參數序列包含期望調整參數與自由參數；

步驟S4.3：根據步驟S3的計算過程，以推進艙可用燃料消耗殆盡為目標，積分迭代確定分離軌道參數序列中的自由參數，確定輸出分離軌道參數。