[发明专利]载人航天器对近地小行星探测并返回的轨道设计方法

说明书

本发明涉及一种载人航天器对近地小行星探测并返回的轨道设计方法，包括：S1.根据目标小行星的第一轨道特性获取航天器与目标小行星的交会点；S2.计算航天器逃逸地球并转移至过渡轨道时，地球的第一真近点角；S3.计算航天器逃逸地球并转移至过渡轨道的第一速度增量，以及航天器从过渡轨道与目标小行星交会的第二速度增量；S4.获取航天器飞离小行星并转移至返回轨道时，小行星的第三真近点角，以及计算航天器从返回轨道进入地球引力范围时，地球的第四真近点角；S5.计算航天器飞离目标小行星转移至返回轨道的第三速度增量，以及航天器从返回轨道进入地球引力范围时，航天器再入大气的再入速度；S6.计算航天器的总速度增量和总飞行时间。

技术领域

本发明涉及深空探测转移轨道技术领域，尤其涉及一种载人航天器对近地小行星探测并返回的轨道设计方法。

背景技术

小行星探测有助于探索宇宙的形成和演化过程，其中针对近地小行星的探测更有助于保护地球免受潜在威胁小行星的撞击，目前已成为深空探测领域的发展方向。迄今为止，世界上共有8个无人探测器对小行星进行了飞掠、绕飞、采样返回等不同程度的探测。这其中包含我国的“嫦娥二号”探测器对“图塔蒂斯”小行星的飞掠探测。

小行星探测发展到一定阶段，就需要人的参与，以发挥人的主观判断力、创造性和灵活性，更好的开展小行星表面巡游、样本采集与辨识等探测活动。另外，近地小行星还可以作为人类前往火星等其它星体的中转站。因此，载人近地小行星探测已开始成为21世纪载人深空探测领域的研究热点。

载人近地小行星探测的轨道设计，是针对公转轨道与地球接近的近地小行星，研究满足一定飞行时间、再入地球大气速度等约束条件的情况下，为实现变轨总速度增量最小或载人探测器重量最轻，而进行的轨道分析计算和设计。目前，对载人近地小行星探测的轨道设计方法的研究仍处于探索阶段。

发明内容

本发明的目的在于提供一种载人航天器对近地小行星探测并返回的轨道设计方法，用于设计载人航天器对近地小行星进行探测并返回的飞行轨道。

为实现上述发明目的，本发明提供一种航天器对近地小行星探测的轨道设计方法，包括：

S1.根据目标小行星的第一轨道特性获取航天器与目标小行星的交会点；

S2.计算航天器逃逸地球并转移至地球-目标小行星过渡轨道时，地球的第一真近点角f_e1；

S3.根据所述第一真近点角f_e1计算航天器逃逸地球并转移至所述地球-目标小行星过渡轨道的第一速度增量Δv₁，以及航天器从所述地球-目标小行星过渡轨道与所述目标小行星交会的第二速度增量Δv₂；

S4.通过查询星历数据库获取所述航天器飞离小行星并转移至目标小行星-地球日心返回轨道时，小行星的第三真近点角f₃，以及计算所述航天器从所述目标小行星-地球日心返回轨道进入地球引力范围时，地球的第四真近点角f_e4；

S5.根据所述第三真近点角f₃和所述第四真近点角f_e4计算所述航天器飞离所述目标小行星转移至所述目标小行星-地球日心返回轨道的第三速度增量Δv₃，以及所述航天器从所述目标小行星-地球日心返回轨道进入地球引力范围时，所述航天器再入大气的再入速度v_entry；

S6.计算所述航天器的总速度增量Δv和总飞行时间T。

根据本发明的一个方面，步骤S1中包括：

S11.根据所述星历数据库获取所述目标小行星的第一轨道特性，确定所述航天器与所述目标小行星交会时的月份和日期区间，其中所述第一轨道特性包括小行星公转轨道的第一轨道半长轴a、第一轨道偏心率e、第一轨道升交点黄经Ω、第一近心点幅角ω；