[发明专利]航天器环月轨道交会对接的轨道设计方法

权利要求书

1.一种航天器环月轨道交会对接的轨道设计方法，包括以下步骤：

a.采用5脉冲变轨的降轨交会方式，建立航天器环月轨道交会对接的轨道机动数学模型；

第1、3和4次变轨为平面内变轨，第2次变轨为平面外变轨，第5次变轨为综合变轨；

第1次变轨在近月点进行，降低远月点高度；第2次变轨为轨道面修正机动；

第3次变轨在远月点进行，降低近月点高度；

第4次变轨在近月点附近进行，进入圆化轨道，满足远程导引终端要求；

第5次变轨为组合修正机动，标称状态下不实施；

每次变轨间隔3圈及以上，根据总飞行时间设置变轨圈次，按照5脉冲降轨变轨方式建立交会对接轨道机动数学模型，输入5次变轨参数可计算得到主动航天器相对被动航天器的终端位置和速度误差；

b.通过调相范围分析，确定航天器交会对接初始轨道远月点高度；

采用所述数学模型，调整初始轨道远月点高度，使其调相范围覆盖0～360°相位角；

c.在二体模型下估算脉冲变轨机动的初值，保证其在由二体模型和摄动力模型组成的精确模型下快速收敛；

将确定的初始轨道远月点高度作为交会对接初始轨道远月点高度，在二体模型下进行交会对接轨道仿真，根据交会对接初始轨道和目标轨道，计算交会对接初始相位角，再根据终端条件计算终端时刻的相位角，从而得到交会对接调相角，通过调整第1次变轨后的远月点高度，满足调相角约束，并计算出第1、3、4次变轨的变轨时刻和变轨速度增量，由于此时仿真模型为二体模型，无平面外摄动，故第2次变轨速度增量为0；

d.在所述精确模型下进行平面内变轨规划，计算得出平面内变轨的变轨参数；

将所述c步骤中计算得到第1次变轨速度增量、第3次变轨速度增量、第4次变轨时刻和速度增量作为控制变量初值，目标约束设为终端时刻相对远程导引终端条件的径向和横向位置误差，以及径向和横向速度误差，第1次变轨和第3次变轨的变轨时刻分别根据近月点和远月点特征确定，第2次变轨速度增量设为0，在精确模型下进行轨道仿真，通过微分修正方法不断修正第1次变轨速度增量、第3次变轨速度增量、第4次变轨时刻和速度增量来调整平面内终端条件，直至满足平面内终端条件约束；

e.在所述精确模型下进行平面外变轨规划，计算得出平面外变轨的变轨参数；

将所述步骤d中计算得到第1次变轨时刻和速度增量、第3次变轨时刻和速度增量、第4次变轨时刻和速度增量作为已知量，将第2次变轨时刻和速度增量作为控制变量，目标约束设为终端时刻相对远程导引终端条件的法向位置误差，以及法向速度误差，通过微分修正方法不断修正第2次变轨时刻和速度增量来调整平面外终端条件，直至满足平面外终端条件约束；

f.在所述精确模型下进行综合变轨规划，更新平面外变轨后的平面内变轨的变轨参数，得到环月轨道交会对接的轨道；

将所述e步骤中计算得到的第1次变轨时刻和速度增量、第2次变轨时刻和速度增量作为已知量，将第3次变轨速度增量、第4次变轨时刻和速度增量作为控制变量初值，目标约束设为终端时刻相对远程导引终端条件的径向和横向位置误差，以及径向和横向速度误差，第3次变轨的变轨时刻分别根据远月点特征确定，通过微分修正方法不断修正第3次变轨速度增量、第4次变轨时刻和速度增量来调整平面内终端条件，直至满足平面内终端条件约束。