[发明专利]深空探测器接近轨道修正机动时刻选取方法

说明书

技术领域

本发明涉及深空探测器接近轨道修正机动时刻选取方法，属于航天航空领域。

背景技术

随着行星际探测任务的日益增多，探测器飞越、绕飞以及软着陆目标天体已经成为未来深空科学探测的重要任务和课题。为了成功地完成科学考察任务，接近段探测器的轨道修正必须具有很高的控制精度，以便探测器在期望的位置穿越目标天体的B平面，以完成飞越、绕飞以及软着陆等后续任务。同时，由于发射系统发射能力的约束，要求探测器尽量消耗较少的燃料，这就对接近段轨道修正系统提出了控制精度与燃料消耗两方面的要求。轨道修正机动时刻的选取对最终控制性能有很大的影响，该时刻的选取要考虑控制精度以及燃料消耗两方面要求。探测器在与目标天体接近的过程中，导航精度会随着探测器与目标天体距离的减小而提高，因此机动时刻越迟，最终的控制精度将会越高，但随着机动时刻的延迟，机动所消耗的燃料也将会增加。轨道修正机动时刻的选取是直接关系到深空探测任务完成质量的关键技术，其甚至关系到整个任务的成功与否，因此深空探测器接近轨道修正机动时刻选取方法是当前各国航天科研部门重点发展的研究方向之一。

在已发展的接近轨道修正机动时刻选取方法中，在先技术[1](参见Ramachandra S B，Paul W S，Raymond B F.Deep impact ground navigationmaneuver design and performance[C].Tampa，Florida：Proceedings of theAAS/AIAA Space Flight Mechanics Meeting.2006：1-22.)，2005年美国NASA的Deep-Impact探测器成功地撞击了tempel-1号彗星，这是人类第一次完成的深空小天体撞击任务，在探测器接近目标天体的过程中，探测器共进行了三次轨道修正机动，其机动时刻的选取由地面站事先通过大量的蒙特卡罗仿真，对控制精度和燃料消耗进行折中考虑，确定了三次机动时刻，这种方式在耗费大量人力物力的同时，也使探测器的控制时机受到限制，从而降低了控制精度，影响撞击效果。

在先技术[2](参见Kawaguchi J，Matsuo H.Low-thrust flyby guidanceand an extended optimal spacing rule[J].Tampa，Journal of Guidance，Control，and Dynamics，2006，19(2)：347-354.)，日本JAXA针对小推力探测器提出了一种轨道修正机动时刻选取方法，这种选取方法考虑了点火精度、导航精度以及推力方向误差等因素，以控制精度最高为指标给出了机动时刻。这种方法通过机动时刻将整个接近阶段分为几部分，通过考虑各部分控制精度与多误差源之间的关系，使最终控制精度达到最高。但是该方法需要迭代运算求解最优解，计算量较大，不适合星上自主应用，同时该方法需要事先已知各误差大小，在深空环境中这些参数很难精确得到。

发明内容

本发明目的是为了解决现有深空探测器接近段轨道修正机动时刻选取方法，因采用大量的蒙特卡罗仿真的方法，不但耗费大量人力物力，而且控制精度低，撞击效果差；采用迭代运算求解最优解的方法，存在计算量大、自主性差的问题，提供一种深空探测器接近轨道修正机动时刻选取方法。

实现本发明方法包括以下步骤：

步骤一、确定穿越目标天体B平面的脱靶量ρ_f：