[发明专利]一种多天体飞越探测轨道设计方法

说明书

本发明公开一种多天体飞越探测轨道设计方法，该方法包括：首先，基于飞越探测任务的能量、时间等约束或者对目标物理特征、轨道特征的探测需求，定义初步筛选参数，从包含海量天体的数据库中筛选出初步待飞越探测的天体目标；其次，对于待飞越探测目标，结合现有转移轨道计算方法，设置多个目标确定门限条件，基于各门限条件逐层优选天体目标，最终确定多天体飞越探测的目标序列，同时得到相应的飞越探测轨道。本发明有效解决了海量天体目标搜索空间大、探测飞行轨道计算时间长、多目标序列优化难等问题，降低了多天体飞越探测轨道设计难度，提高了多目标任务轨道设计的效率。

技术领域

本发明属于深空探测技术领域，特别涉及一种基于多层择优搜索的多天体 飞越探测轨道设计方法。

背景技术

深空探测飞行距离一般较远、飞行时间也很长，若可以利用单次任务同时 探测多个天体目标，则整个任务的费效比会大大降低，取得的工程任务价值和 效益也会大大提升。此外，从我国月球探测任务实践看，在月球探测任务结束 后，探测器往往有较多的推进剂剩余，探测器各项状态也非常好，如果可以利 用其规划对多个天体的拓展飞行任务，则有望实现更多有价值的探测目标，从 而实现任务资源价值的最大化。这些任务的规划均涉及到一个问题，即多天体 飞越探测轨道设计技术。

多天体飞越探测轨道设计，即设计可以单次发射、对多个天体逐个飞越的 轨道方案，考虑宇宙里的天体分布，一般选择小行星、彗星等小天体作为飞越 探测目标。然而，小天体数量众多，国际天文联合会下属的小行星中心 (http://www.minorplanetcenter.org)提供的最新数据库包含超过103万颗小天体， 若对全部目标均计算轨道则计算量过大，以交会5个小天体的方案为例，采用 排列组合方式将会得到约10³⁰个轨道方案，对如此庞大的解空间一一计算分析， 显然超出一般计算条件的能力。

为此，需要研究一种多天体飞越探测轨道设计方法，有效解决了海量天体 目标搜索空间大、探测飞行轨道计算时间长、多目标序列优化难等问题，降低 了多天体飞越探测轨道设计难度，提高了多目标任务轨道设计的效率。

发明内容

本发明需解决的技术问题是：提出一种可以从海量天体目标数据中筛选出 飞越探测可行目标、飞越探测序列合理可行、轨道设计效率较高的多目标飞越 探测轨道设计方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

本发明提供的一种多天体飞越探测轨道设计方法，包括：天体目标初步筛 选、结合转移轨道计算的逐层择优搜索设计。

天体目标初步筛选，基于飞越探测任务约束条件，如总能量约束或总任务 时间约束等，或者，基于飞越探测任务对天体目标物理特征或轨道特征的探测 需求，如目标大小、星等、类型、近地小行星等，定义初步筛选参数，从包含 海量天体的数据库中筛选出初步待飞越探测的天体目标；

结合转移轨道计算的逐层择优搜索设计，对于初步筛选得到的待飞越探测 目标，结合现有转移轨道计算方法，如精确轨道预报、交会拦截轨道设计等， 设置多个目标确定门限条件，基于各门限条件逐层优选天体目标，最终确定多 天体飞越探测的目标序列，同时得到相应的飞越探测轨道。

具体方案如下：

一种多天体飞越探测轨道设计方法，该方法包括：天体目标初步筛选、结 合转移轨道计算的逐层择优搜索设计，

一、天体目标初步筛选；

基于飞越探测任务约束条件，选择一个约束条件或多个约束条件的组合作 为初步筛选参数，从国际天文联合会下属的小行星中心提供的小天体目标数据 库中筛选出初步待飞越探测的天体目标；所述的飞越探测任务约束条件包括总 能量约束、总任务时间约束、天体目标物理特征或天体目标的轨道特征，天体 目标物理特征包括小天体大小、小天体星等或小天体类型，天体目标的轨道特 征包括轨道半长轴、轨道偏心率或与地球距离；