[发明专利]一种奔月卫星编队初始化方法

说明书

本发明公开的一种奔月卫星编队初始化方法，属于航空航天技术领域。本发明具体实现方法为：在地球和月球惯性系下分别建立卫星动力学方程；通过多次多目标轨道修正，保证多颗卫星实现编队初始化；通过在地月转移中增加中途修正，保证各卫星的轨道倾角，近月点高度相同，到达近月点时刻接近；在近月点施加机动保证卫星的远月点高度相同；确定基准星，其余卫星为追踪星，利用两次近月点调相机动，保证追踪星的相角与基准星相同；最后采用最优两脉冲或多脉冲交会，使各追踪星与基准星速度位置满足编队约束，实现奔月卫星的编队初始化。本发明提供一种多颗卫星分离奔月后形成月球编队的轨道编队初始化方法，具有效率高、燃料消耗少的优点。

技术领域

本发明涉及一种奔月卫星编队初始化方法，尤其涉及一种适用于经地月转移达到月球的卫星形成卫星编队方法，属于航空航天技术领域。

背景技术

月球探测具有重要的科学价值和工程意义，采用多颗卫星形成编队开展月球编队进行科学探测，可以获得更多的科学数据并完成单颗卫星无法完成的任务，如重力场测量，超长波探测等。卫星可以搭载同一运载火箭发射，卫星与火箭分离后独立进行地月转移，由于卫星与火箭的分离状态不同，到达月球捕获后形成的轨道也存在差别，机动过程中也可能存在误差，导致卫星轨道状态相差较大，距离相差较远，无法直接形成编队。需要通过机动完成编队初始化，保证卫星间的相对距离较小，完成最终编队做准备。

在已发展的关于卫星编队设计中在先技术[1](参见基于Hill方程的一种小卫星共面编队的初始化仿真[C].系统仿真技术及其应用学术研讨会,刁晶晶,曾国强，2007)基于Hill方程，提出了在追踪星的飞行方向上施加冲量，实现参考轨道面内小卫星编队构形的初始化方案。

在先技术[2](参见卫星编队保持的初始化条件及仿真分析[J].计算机仿真,吴炜华，侯明善，刘永刚，2009，26(10))基于T—H方程推导出相对运动方程的解析解，并推导出满足卫星编队周期运动的初始化条件。以上技术均适合于地球卫星编队，对于经地月转移达到月球的卫星编队较难应用。

发明内容

本发明公开的一种奔月卫星编队初始化方法，要解决的技术问题是，提供一种多颗卫星分离奔月后形成月球编队的轨道编队初始化方法，具有效率高、燃料消耗少的优点。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明为公开的一种奔月卫星编队初始化方法，在地球和月球惯性系下分别建立卫星动力学方程；通过多次多目标轨道修正，保证多颗卫星实现编队初始化；通过在地月转移中增加中途修正，保证各卫星的轨道倾角，近月点高度相同，到达近月点时刻接近；在近月点施加机动保证卫星的远月点高度相同；确定基准星，其余卫星为追踪星，利用两次近月点调相机动，保证追踪星的相角与基准星相同；最后采用最优两脉冲或多脉冲交会，使各追踪星与基准星速度位置满足编队约束，实现奔月卫星的编队初始化。

通过所述的一种奔月卫星编队初始化方法对给定发射窗口的卫星进行环月轨道编队，实现探测任务。

本发明为公开的一种奔月卫星编队初始化方法，包括如下步骤：

步骤一：在地球和月球惯性系下分别建立卫星动力学方程。

卫星在地月转移和修正过程中采用地心惯性系，在月球捕获和转移段采用月心惯性系。

考虑地球，月球和太阳引力以及非球形摄动作用的影响，卫星在地心惯性系下的动力学方程写为：

其中，r,v分别为卫星在相对地球的位置矢量和速度矢量，A_NE为地球非球形引力摄动，A_S为太阳第三体引力摄动，A_M为月球第三体引力摄动，μ_e为地球引力常数。

卫星在月心惯性系下的动力学方程写为：