[發明專利]一種航天器借力飛行軌道的設計方法

有效

• 申請號: 202111142337.2
• 申請日: 2021-09-28
• 公開（公告）號: CN113591403B
• 公開（公告）日: 2022-01-04
• 發明（設計）人: 顏九妹;楊洪偉;李爽
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06F30/28;G06F30/15
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 梅學兵

本發明公開了一種航天器借力飛行軌道的設計方法，包括：確定航天器借力飛行軌道近星點速度計算參數；根據所述計算參數建立近星點速度方程并求解速度矢量；利用圓形限制性三體動力學模型確定航天器的希爾球邊界狀態；通過人工神經網絡建立借力飛行軌道邊值約束條件與初始速度的映射關系，從而獲得人工神經網絡模型；利用所述人工神經網絡模型，完成航天器借力飛行軌道三體蘭伯特問題初始速度的計算；根據所述三體蘭伯特問題初始速度對航天器的借力飛行軌道進行設計；采用人工神經網絡對借力飛行軌道三體蘭伯特問題的求解，解決了強非線性系統中因初始速度猜測值不準而造成收斂困難的問題，計算初始速度時，計算效率高且精度高。

技術領域

本發明屬于新一代信息技術領域，具體指代一種航天器借力飛行軌道的設計方法。

背景技術

航天器借力飛行是大幅降低深空探測任務燃料消耗的關鍵技術。在傳統深空探測任務軌道初始設計階段，圓錐曲線拼接法被廣泛使用。然而該方法的設計結果與高精度模型下結果相比誤差較大，而且設計結果燃耗也偏大。為了降低燃料消耗，獲得高精度模型的解，三體問題模型被用來設計航天器借力飛行軌道。基于三體問題模型設計航天器借力飛行軌道，本質上是求解三體蘭伯特問題。與二體蘭伯特問題相比較，其邊值約束條件是相同的，但由于將第三天體的引力考慮在內增加了動力學模型的非線性，使得三體蘭伯特問題的求解更加復雜。由于三體問題沒有解析解，需要大量的時間進行數值積分，嚴重影響三體蘭伯特問題解算效率，因此，如何快速精準進行航天器借力飛行軌道三體蘭伯特問題解算也是深空探測研究的難點之一。

發明內容

針對于上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種航天器借力飛行軌道的設計方法，以解決現有技術中難以用較短時間實現航天器借力飛行軌道三體蘭伯特問題快速解算的問題。為達到上述目的，本發明采用的技術方案如下：

本發明提供一種航天器借力飛行軌道的設計方法，包括步驟如下：

1）確定航天器借力飛行軌道近星點速度計算參數；

2）根據所述計算參數建立近星點速度方程并求解速度矢量；

3）利用圓形限制性三體動力學模型，在時間上從近星點至希爾球邊界的前后軌道遞推從而確定航天器的希爾球邊界狀態；

4）基于所述航天器的希爾球邊界狀態，通過人工神經網絡建立借力飛行軌道邊值約束條件與初始速度的映射關系，從而獲得人工神經網絡模型；

5）根據邊值約束條件，利用所述人工神經網絡模型，完成航天器借力飛行軌道三體蘭伯特問題初始速度的計算；

6）根據所述三體蘭伯特問題初始速度對航天器的借力飛行軌道進行設計。

進一步地，所述步驟1）具體包括：在圓形限制性三體問題中，對各種單位進行無量綱化，M和m分別表示兩主天體的質量，記M+m為單位質量，兩主天體之間的平均距離為單位長度，主天體軌道角速度的倒數為單位時間，μ=m/(M+m)表示質量比；計算借力天體的希爾球半徑R_Hill；確定近星點位置r_p，設定借力飛行過程中安全飛越高度H_min；確定雅可比常數C的取值區間及步長。