[发明专利]一种地月L2点Halo轨道维持方法

说明书

本发明提供一种地月L2点Halo轨道维持方法，具体过程为：计算变轨点的位置速度；第一次策略目标：设在变轨点施加速度增量Δv₁，使探测器第一次经过XOZ面处的X向速度为零；第n次策略目标：设在变轨点施加速度增量Δv_n，使探测器第n次经过XOZ面处的X向速度为零；所述Δv_n为以Δv_n‑1为初值，在初值附近遍历寻优获得，n＝2…N；将第N次速度增量Δv_N作为变轨点实际施加的速度增量，从而实现探测器Halo轨道的维持。本发明巧妙地利用多目标逐次迭代的方法，将前一次优化结果作为后一次策略求解的初值，既满足了Halo轨道稳定的终端要求，又具有良好的收敛性。

技术领域

本发明属于深空探测轨道设计技术领域，具体涉及一种地月L2点Halo轨道维持方法。

背景技术

地月L2点是地月系统中五个平动点之一，位于地月连线延长线上。由于其特殊的空间位置和动力学特性，地月L2点在中继通信、天文观测、星际转移等深空探测任务中具有良好的工程应用价值。平动点附近的空间有着多种不同运动形式的轨道，Halo轨道是其中一种存在于平动点附近区域的周期轨道。对于地月L2点的Halo轨道，其独特的空间构型和位置既可以避免对地通信中的月球遮挡，同时可以使探测器长期保持在月背面上空，在对月背观测或中继任务中有很好的工程价值。嫦娥四号任务首次选用了地月L2点的Halo轨道作为中继星的运行轨道，以支持月背着陆及巡视探测任务。

由于地月L2点为不稳定点，加上在飞行过程中探测器受到摄动、测定轨误差、控制执行误差等各类因素的影响，其实际飞行轨道会逐渐偏离预定轨道。若不及时修正，偏差将随着飞行时间成指数递增，迅速发散。因此，为了保证探测器在地月L2点的长期稳定运行，必须定期进行轨道维持。轨道维持的目的是在误差条件下通过控制将其引导至一条新轨道上，该轨道能满足Halo轨道稳定运行的终端约束条件。由于平动点动力学模型的非线性较强，对初值非常敏感，因此维持策略的设计既要满足终端约束条件，还必须保证在实际误差条件下的快速收敛性和工程可实现性。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种地月L2点Halo轨道维持方法，通过调整维持点的脉冲速度增量，在飞行轨道存在误差的情况下，满足Halo轨道稳定运行的终端状态要求。

为了实现上述目的，本发明采取的技术解决方案如下：

一种地月L2点Halo轨道维持方法，具体过程为：

第一次策略目标：设在变轨点施加速度增量Δv₁，使探测器第一次经过XOZ面处的X向速度为零；

第n次策略目标：设在变轨点施加速度增量Δv_n，使探测器第n次经过XOZ面处的X向速度为零；所述Δv_n为以Δv_n-1为初值，在初值附近遍历寻优获得，n＝2…N；

将第N次速度增量Δv_N作为变轨点实际施加的速度增量，从而实现探测器Halo轨道的维持。

进一步地，本发明针对第一次策略目标，施加的速度增量Δv₁以变轨点探测器的速度X向速度为初值，以速度增量最小为优化目标，在所述初值附近进行遍历寻优，确定速度增量Δv₁。

进一步地，本发明针对第n次策略目标，施加的速度增量Δv_n以Δv_n-1为初值，以速度增量最小为优化目标，在初值附近进行遍历寻优获得。

进一步地，本发明所述施加的速度增量Δv₁为：

定义目标量设计变量为变轨点的速度三方向分量将二者间的关系表达为q＝f(v)，对该函数进行泰勒展开并线性化则有