[发明专利]一种多服务飞行器空间在轨服务燃料最优轨道的设计方法

权利要求书

1.一种多服务飞行器空间在轨服务燃料最优轨道的设计方法，其特征在于：所述设计方法具有以下步骤：

步骤1：确定任务飞行器B_n和服务飞行器S_n轨道；

步骤2：基于步骤1的轨道，在可行转移时间区间内选取多个转移时间；

步骤3：当服务飞行器S₁的变轨点为Y₁时，确定服务飞行器S₁的变轨点与任务飞行器B₁交会的燃料最省转移轨道；

步骤4：确定服务飞行器S₁的最优预设变轨点Y_best1；

步骤5：根据服务飞行器S₁的最优预设变轨点Y_best1，确定服务飞行器S₁的最佳变轨区间；

步骤6：在服务飞行器S₁最优预设变轨区间内，对服务飞行器S₁可能的转移时间进行细分；

步骤7：在最佳变轨区间内，求解燃料最优的服务飞行器S₁的转移轨道；

步骤8：重复步骤3至步骤7，对第2个任务飞行器B₂至第M个任务飞行器B_M用相同的方法进行寻优计算，确定燃料最优的服务飞行器S₂,S₃,…,S_M的转移轨道；

步骤9：重复步骤1至8，改变预设变轨点数量N，得到对于不同任务飞行器数量M的计算效率高的N的取值；

所述步骤1具体为，根据在轨服务系统的总体任务要求，确定已知任务飞行器所在空间轨道，并选择M个任务飞行器在轨道上分布较为均匀的位置B_n，n＝1,2,...,M，作为服务飞行器与任务飞行器的交会点，根据任务飞行器所在的目标轨道的轨道根数，选择与之共面或轨道形状与目标轨道相差不大的轨道作为服务飞行器初始轨道，在该轨道上选择N个点Y₁,Y₂,…Y_N，作为服务飞行器S_n，n＝1,2,...,M的预设变轨点位置；

所述步骤2具体为，设服务飞行器能达到的最大速度增量为Δv_T；已知初始时刻t₁服务飞行器在轨道上位置为速度为交会时刻t₂任务飞行器在轨道上的位置为速度为则通过Lambert问题的Battin-Vaughan解法，得到在转移轨道飞行时间为Δt时的服务飞行器变轨点速度增量进而，在可能的任务飞行器和服务飞行器交会时间区间[T₀,T₁]内，通过大步长采点方式，粗估计确定服务飞行器满足变轨点速度增量Δv_n＜Δv_T，n＝1,2,...,M的转移时间区间[Δt_min,Δt_max]；该时间区间内每隔t₀秒取一次转移时间值，记

所述步骤3具体为，对于第一个任务飞行器B₁，此时服务飞行器S₁的变轨点为Y₁，通过遍历Δt(k)，利用Lambert问题的Battin-Vaughan解法，得到在Y₁点的使变轨增量Δv_1,1最小的转移时间t_1,1，即在该预设变轨点Y₁和交会点处使服务飞行器S₁燃料最省的转移轨道对应的转移时间；

所述步骤4具体为，对于第一个任务飞行器B₁，依次计算服务飞行器在预设变轨点Y₂,Y₃,…Y_N时，并求解Lambert问题得到对于任务飞行器B₁的使速度增量Δv_1,p,p＝1,2,...,N最小的转移时间t_1,p，则对于任务飞行器B₁，在Δv_1,p,p＝1,2,...,N中选择速度增量最小的服务器为对应的转移时间t_1,best1，则此时服务飞行器S₁的最优预设变轨点为Y_best1，对应的轨道速度增量为Δv_1,best1；

所述步骤5具体为，对于第一个任务飞行器B₁，由步骤4中得到的最优预设变轨点为Y_best1，得到最优变轨点区间为其中T为服务飞行器所在轨道的一个运行周期，进而每隔h步长选取服务飞行器变轨点位置，

所述步骤6具体为，对于第一个任务飞行器B₁，由步骤4中得到的最优预设变轨点Y_best1对应的转移时间t_1,best1，进一步细分转移时间区间tran₁，有t_1,best1-T_p≤tran₁≤t_1,best1+T_p，在该区间内每隔K秒选取转移时间值T_p为选定的常数，与服务飞行器的轨道周期有关；

所述步骤7具体为，对于任务飞行器B₁，分别对于步骤5中的服务飞行器变轨点P₁(j)和步骤6中的转移时间值tran₁(i)求解Lambert问题，可得在使服务飞行器S₁变轨点速度增量最小的对应的服务器转移轨道转移时间为速度增量为