[發明專利]一種對空間目標“一對多”抵近的燃料最省變軌任務仿真方法

在審

• 申請號: 202210333449.4
• 申請日: 2022-03-30
• 公開（公告）號: CN114818474A
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 蒙波;李志;黃劍斌;黃良偉;吳耀軍;龐羽佳;黃龍飛;韓旭
• 申請（專利權）人: 中國空間技術研究院
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06F30/15;G06N3/00;G06N3/12;G06F111/04;G06F111/06;G06F119/12
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 龐靜

本發明涉及一種對空間目標“一對多”抵近的燃料最省變軌任務仿真方法，以變軌過程中所需速度增量矢量模最小為目標設計目標函數；設置優化層級，第一層：設置抵近序列優化變量，通過變量大小決定服務飛行器抵達目標衛星的抵近序列；第二、三層：確定每顆目標衛星既滿足測控窗口又滿足光照窗口的抵近變軌結束時間優化變量的取值范圍；確定對各目標衛星的抵近變軌開始時間優化變量的取值范圍；第四層：在給定抵近序列下，針對給定的抵近變軌結束時間、抵近變軌開始時間按照上述目標函數進行優化，得到優化結果；按照設定的優化層級順序，按層級開始優化，從優化結果中選取最優結果得到燃料最省變軌策略。

技術領域

本發明屬于空間飛行器在軌服務與維護技術領域。

背景技術

在軌服務與維護是航天技術的前沿熱點之一，由服務飛行器對空間目標衛星抵近后實施近距離觀測、模塊更換、燃料加注、輔助變軌等服務操作，可實現目標衛星在軌故障恢復、延長壽命，從而繼續發揮在軌應用價值，可產生極大的經濟效益。為了對空間目標衛星實施服務與維護操作，前提條件是對目標衛星抵近并零距離停靠。

服務飛行器本身具有造價，對目標衛星抵近、停靠、維修等操作亦需要耗費一定成本，一個服務飛行器對多顆目標衛星抵近維修是實現在軌服務經濟效益的必要途徑，因此，針對服務飛行器對多顆目標衛星“一對多”抵近的燃料最省變軌任務仿真方法的研究具有非常重要的現實意義。

目前國內外沒有與空間“一對多”抵近的燃料最省變軌任務仿真方法相同或相似的公開文獻報道與專利。

發明內容

本發明解決的技術問題是：提供一種對空間目標“一對多”抵近的變軌任務仿真方法，適用于在軌服務任務中，高軌服務飛行器在給定時間內對同處于高軌的多個空間目標抵近執行維修任務的變軌控制策略的優化設計，實現抵近過程燃料最省的目的。

本發明解決技術的方案是：一種對空間目標“一對多”抵近的燃料最省變軌任務仿真方法，包括：

服務飛行器采用雙脈沖變軌策略對各個目標衛星次序抵近，以變軌過程中所需速度增量矢量模最小為目標設計目標函數；

設置優化層級，其中，

第一層：設置抵近序列優化變量，通過變量大小決定服務飛行器抵達目標衛星的抵近序列；

第二層、第三層：在服務飛行器對全部目標衛星完成抵近的總的時間限制范圍內，確定每顆目標衛星既滿足測控窗口又滿足光照窗口的抵近變軌結束時間優化變量的取值范圍；確定對各目標衛星的抵近變軌開始時間優化變量的取值范圍；

第四層：在給定抵近序列下，針對給定的抵近變軌結束時間、抵近變軌開始時間按照上述目標函數進行優化，得到優化結果；

按照設定的優化層級順序，按層級開始優化，從優化結果中選取最優結果得到燃料最省變軌策略。

優選的，通過下述方式完成抵近序列的設置：

對n顆目標衛星按照1、2、…、n進行編號，設置抵近序列S₁、S₂、…、S_n的取值范圍為[0,1]，服務飛行器按照S₁、S₂、…、S_n中取值由小到大的順序對其對應編號的目標衛星由先到后抵近。

優選的，通過下述方式確定每顆目標衛星既滿足測控窗口又滿足光照窗口的抵近變軌結束時間優化變量的取值范圍：

在服務飛行器對全部目標衛星完成抵近的總的時間限制范圍內，根據地面測控站的位置、可測控方位角與俯仰角、目標衛星的軌道參數計算得出目標衛星的測控窗口區間；

根據目標衛星的軌道參數計算得出目標衛星的光照窗口區間；

測控窗口區間與光照窗口區間取交集，得到服務飛行器對目標衛星可抵近窗口區間；