[发明专利]一种卫星化学推进变轨方法及系统

说明书

本发明涉及一种卫星化学推进变轨方法及系统，其中的方法包括：根据发动机推力及单次推进时长约束，选取卫星从GTO向GEO化学推进变轨的停泊轨道；根据所述GTO、GEO和各停泊轨道的轨道参数，分别计算每次变轨所需的速度增量和推力方向；根据所述速度增量计算每次变轨的机动时间和机动开始时刻。本发明将各次变轨的机动开始时刻、机动时间和推力方向作为初值进行分次优化，从而得到了单观测站约束情况下由GTO至GEO的轨道转移的高精度化学推进解。本发明具有较强的普适性，并且能够较为容易地扩展到至IGSO轨道的转移。

技术领域

本发明涉及卫星轨道控制领域，具体涉及一种卫星化学推进变轨方法及系统。

背景技术

导航卫星(例如北斗卫星)通常位于地球静止轨道GEO或者倾斜地球同步轨道IGSO。从地面发射之后，运载器将卫星转移至地球同步转移轨道GTO轨道，之后卫星利用自身的推进系统完成GEO/IGSO的入轨飞行。

航天时代以来，化学推进一直是航天器轨道机动的主力。虽然近些年电推进逐渐崛起，但是在可见的未来里，化学推进依旧有推力大，机动时间短等难以替代的优势。在轨道的转移过程中，化学推进能使航天器较快入轨。

由于化学推进的上述优势，在解决变轨问题时，常使用脉冲假设简化问题。论文“An analytical study of the impulsive approximation.AIAA Journal,Vol.4,No.8(1966),pp.1417-1423.”中给出了脉冲假设的理论依据，说明在化学推进弧段较短时与理想脉冲假设误差较小。因此对于无约束的GTO至GEO的轨道转移，理想情况下可通过一次远地点机动完成。

而在实际工程任务里，转移过程常有测控、单次最大点火时长、化学推进弧段误差等诸多约束。目前，我国的测控站在全球范围内分布尚较为稀疏，因此考虑单观测站约束下GTO至GEO的变轨具有一定的战略意义。

论文“嫦娥一号卫星的地月转移变轨控制[J].空间控制技术与应用,2008(01):44-50.”分别选取了轨道周期为16h、24h以及48h的三个与地球自转周期匹配的停泊轨道，使用了数次远地点变轨在满足观测、点火时长约束的条件下完成了嫦娥一号奔月的变轨要求，但该方案是仅针对于嫦娥一号奔月任务做的变轨设计，并不适合从GTO至GEO的轨道转移。且其只给出了方案设计结果，并未给出详细的方案思路及设计过程，不具有通用性。

除此之外，GEO的重要性更是毋庸置疑。由于天然的动力学特性，GEO卫星能够对固定区域进行全时、长期覆盖，具有独特的优势。目前的在轨卫星中有近三分之一位于GEO。

论文“Operationally Optimal Maneuver Strategy for Spacecraft Injectedinto Sub-Geosynchronous Transfer Orbit.40th COSPAR ScientificAssembly.Vol.40.2014.”设计了印度的GSAT-12同步轨道通信卫星的变轨过程。卫星的初始轨道为近地点高度284km、远地点高度21000km、倾角为18°的亚GTO轨道。提出并分析了三种变轨策略，均由数次近地点与远地点变轨组成。该方案依据经验与具体任务需求制定的变轨策略，因此其设计方法仅适用于特定任务，对于其它类似任务只具有一定程度的参考意义，且其在设计过程中考虑了双观测站，不适用于单观测站的情况。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种卫星化学推进变轨方法及系统。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种卫星化学推进变轨方法，针对卫星从地球同步转移轨道GTO向地球静止轨道GEO采用化学推进变轨的场景，包括：

步骤1、根据发动机推力及单次最大推进时长约束，依次选择一个或者多个变轨过程中的停泊轨道；

步骤2、根据所述GTO、GEO和各停泊轨道的轨道参数，分别计算每次变轨所需的速度增量；