[发明专利]对GEO空间目标持续可见光探测的绕飞轨道设计方法

说明书

本发明公开了一种对GEO空间目标持续可见光探测的绕飞轨道设计方法，包括：探测航天器对目标航天器的接近阶段和探测航天器对目标航天器的绕飞阶段。首先设计绕飞轨道，针对设计好的绕飞轨道，以最省燃料为优化目标设计接近阶段的轨道机动方案。绕飞轨道设计的关键在于确定探测航天器相对于目标航天器的绕飞初始相位窗口，选取符合要求的初始相位，根据CW方程设计绕飞轨道。然后设计接近段轨道，接近段轨道设计关键在于确定Lambert轨道机动的两个时刻。本发明结合GEO空间目标绕飞的周期因素，充分考虑太阳光照条件，设计的绕飞轨道可使探测航天器始终保持背对太阳对目标航天器进行可见光探测，可有效满足GEO空间目标的态势感知和在轨服务任务。

技术领域

本发明涉及一种对GEO空间目标持续可见光探测的绕飞轨道设计方法，属于航天器轨道设计技术领域。

背景技术

地球静止轨道(GEO)因其轨道的特殊性部署着大量的高价值空间资源，2019年5月2日，欧空局空间碎片办公室在《欧空局年度空间环境报告》中称，截止2019年1月1日，GEO区域空间目标共884个。GEO空间目标距地面近3.6万公里，给地基高清观测带来很大挑战，部署GEO区域的光学成像遥感卫星观测GEO空间目标，抗干扰能力强，可获得更加清晰的图像，更好的判断GEO空间目标的工作状态，另外设计对空间目标的绕飞轨道，可开展GEO卫星的在轨维护工作。因此部署航天器实现对GEO空间目标的持续可见光探测具有重要的意义。

国内外许多学者对空间目标的相对运动绕飞进行了研究。其中，1)刘猛,李全.航天器对空间目标追踪及绕飞研究[J].沈阳理工大学,2011,30(2):80-83给出了航天器基于最小冲量进入对空间目标的绕飞轨道的策略，在轨道机动燃料消耗方面有借鉴价值。2)谭天乐，武海雷.轨道交会、悬停及绕飞控制的解析解方法[J].宇航学报，2016,37(11):1333-1441.给出近圆轨道的相对运动建模和解析方法，提供了对空间非合作目标高精度的相对悬停和循迹绕飞控制方法。3)梁静静，解永春.基于粒子群算法优化双脉冲绕飞问题[J].空间控制技术与应用，2013,39(5)：43-47.、4)梁静静，解永春.基于长方体禁飞区的安全绕飞轨迹设计[J].空间控制技术与应用，2018,44(1)：45-50中指出基于粒子群算法研究了双脉冲绕飞的优化问题和安全绕飞轨迹设计问题。5)王功波，孟云鹤，郑伟，.快速绕飞卫星空间圆编队设计方法[J].宇航学报，2010,31(11)：2465-2470在连续小推力条件下，针对圆轨道推导了满足快速绕飞条件的空间圆编队动力学模型。

但前人研究的美中不足在于，他们在分析绕飞的过程中，没有分析时间约束，没有考虑太阳的方位，因此如果进入绕飞的窗口选择不当，探测航天器可能不满足对GEO空间目标的可见光成像条件，无法对其成像。本发明分析GEO空间目标(即目标航天器)、探测航天器和太阳三者的相对方位关系，确保探测航天器在对GEO空间目标的绕飞过程中始终背对太阳，以有利的观测角对目标航天器进行可见光成像。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种对GEO空间目标持续可见光探测的绕飞轨道设计方法，公开了满足要求的绕飞轨道的初始相位窗口的计算方法以及接近GEO空间目标进入绕飞轨道的方法。针对传统对空间目标的绕飞仅考虑空间上的接近，没有分析与太阳相对位置关系的不足，本发明设计的绕飞轨道可使探测航天器始终保持背对太阳对GEO空间目标进行可见光探测。该轨道设计可以有效满足GEO空间目标的态势感知和在轨服务任务，与传统绕飞仅考虑空间因素相比，该设计方法同时结合GEO空间目标的轨道周期因素，充分考虑太阳光照因素，具有广泛的应用前景。

为达到上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种对GEO空间目标持续可见光探测的绕飞轨道设计方法，探测航天器、目标航天器与太阳近似共线，且探测航天器处在中间的位置，探测航天器对目标航天器的观测角始终小于60°，探测航天器可对目标航天器持续进行可见光探测，包括：