[发明专利]一种限定时间的航天器共面交会变轨策略确定方法

说明书

一种限定时间的航天器共面交会变轨策略确定方法，属于限定时间的航天器共面交会领域。现有的航天器交会技术对光照条件的要求比较低，导致交会时刻观测效果差，影响交会算法计算精度的问题。本发明通过计算目标航天器与服务航天器之间整个交会过程理论上的限定时间；之后计算服务航天器变轨过程中的两次速度增量以及转移轨道所用时间；再计算优化变量服务航天器在初始轨道的运动时间和在目标轨道的运动时间的初值；对交会过程积分得到服务航天器和目标航天器在交会时刻的位置矢量及二者夹角；当夹角达到0°时，将此时在初始轨道的运动时间和在目标轨道的运动时间作为变轨参数和变轨策略。本发明方法的计算结果精确，迭代计算过程简单。

技术领域

本发明涉及一种航天器共面交会策略的设计，特别涉及一种为共面圆轨道航天器的在轨服务任务规划提供可行的限定时间区间，以及在交会过程末端具有高光照和距离要求的变轨策略的设计。

背景技术

在地球同步轨道航天器共面交会问题中，目标航天器运行的轨道倾角小于0.05°。并且在共面交会过程中，服务航天器需要在过程的末期对目标航天器进行较近距离的观察或探测，以完成在轨服务过程或后续的在轨服务过程提供必要的目标航天器的信息。所以共面交会过程中，过程末需要保证服务航天器与目标航天器之间的距离满足给定的期望距离，并且在过程末需要保证服务航天器对目标航天器进行观察时有良好的光照条件。同时，共面交会过程中，服务航天器在过程末需要对目标航天器进行观察或探测，这就需要保证目标航天器在载荷可观察或可探测的范围内，所以就需要保证在任务末两航天器之间的最近距离为给定值。

目前航天器的交会方法通常有两种：1、由地面遥控航天器进行交会任务；2、航天器通过导航和控制系统进行自主交会。但是这两种交会技术都对光照条件的要求比较低，导致交会时刻观测效果差，影响交会控制精度。所以本文提出的限定时间的航天器共面交会算法，保证了航天器在交会时刻具有良好的光照条件。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的航天器交会技术对光照条件的要求比较低，导致交会时刻观测效果差，影响交会变轨策略的计算精度的问题，而提出一种限定时间的航天器共面交会变轨策略确定方法。

本发明所指的共面交会问题是指目标航天器运行轨道的倾角小于0.05°，并且在共面交会过程中，服务航天器需要交会结束后对目标航天器进行较近距离的观察或探测，以为顺利开展在轨服务提供必要的目标航天器的信息。因此，共面交会的末端需要保证服务航天器与目标航天器之间的距离满足给定的期望距离，且具有良好的光照条件。

一种限定时间的航天器共面交会变轨策略确定方法，所述方法通过以下步骤实现：

步骤一、确定目标航天器与服务航天器的初始轨道参数；

步骤二、计算目标航天器与服务航天器之间整个交会过程的理论上的最短时间和最长时间；

步骤三、考虑太阳光照角约束条件，计算目标航天器与服务航天器之间整个交会过程所用时间；

步骤四、根据霍曼变轨原理，求解服务航天器变轨过程中的两次速度增量以及转移轨道所用时间；

步骤五、根据航天器在初始轨道和目标轨道的角度、角速度及轨道周期计算出优化变量服务航天器在初始轨道的运动时间和在目标轨道的运动时间的初值；

步骤六、根据高精度轨道动力学模型，对交会过程积分得到服务航天器和目标航天器在交会时刻的位置矢量；

步骤七、根据目标函数验算服务航天器和目标航天器位置矢量的夹角；

步骤八、判断步骤七得到的夹角是否小于8.5度；

如果小于8.5度，将此时在初始轨道的运动时间和在目标轨道的运动时间作为变轨参数；

否则，调整初始轨道的运动时间和目标轨道的运动时间的值，并返回第六步；