[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

说明书

本发明公开了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。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：当变轨点为Y₁时，确定燃料最省转移轨道；步骤4：确定最优预设变轨点；步骤5：根据最优预设变轨点，确定最佳变轨区间；步骤6：在最优预设变轨区间内，对转移时间进行细分；步骤7：在最佳变轨区间内，求解转移轨道；步骤8：确定燃料最优的服务飞行器S₂,S₃,…,S_M的转移轨道；步骤9：改变预设变轨点数量N。本发明用以解决解决空间在轨服务任务中多个服务飞行器同时服务于多个共面轨道任务飞行器且使总燃料消耗最省的问题。

技术领域

本发明属于航天领域；具体涉及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。

背景技术

满足空间在轨服务系统任务要求的燃料最省的服务飞行器转移轨道设计技术始终是空间轨道优化设计领域的一个研究重点。空间在轨服务系统转移轨道设计的最终目的是使服务飞行器在预定轨道进行变轨，在一定的燃料约束和时间约束下，能够对任务飞行器进行服务，有时还会要求多个服务飞行器同时服务于多个任务飞行器，以提高服务效率并完成其他协同任务。

目前多种转移轨道设计方法在进行在轨服务飞行器转移轨道设计的过程中得到广泛应用。其中霍曼变轨，即共面圆轨道之间的最佳转移轨道，具有机动操作简单，转移飞行器可保持相对定向的优势，但其要求严格满足初始相位关系，且导航和制导误差对交会精度影响较大，交会过程视线变化很大，无法实现任务飞行器和服务飞行器处于异面轨道的服务任务。此外，一种近地近圆轨道、交会时间固定的地面引导四冲量最优交会方式也是较为常见的方法，但该方法只适用于近地近圆轨道，无法完成目标轨道为高空轨道的轨道设计任务。目前为止，还没有在空间任意轨道高度上，在轨服务任务中多个服务飞行器同时服务于多个任务飞行器的燃料最省的转移轨道设计问题的解决方案。

发明内容

本发明提出了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，用以解决空间在轨服务任务中多个服务飞行器同时服务于多个共面轨道任务飞行器且使总燃料消耗最省的问题。

本发明通过以下技术方案实现：

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，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：确定燃料最优的服务飞行器S₂,S₃,…,S_M的转移轨道；

步骤9：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。