[发明专利]异常分离情况下组合体GEO变轨策略生成方法及系统

说明书

本发明提供了一种异常分离情况下组合体GEO变轨策略生成方法及系统，包括：根据组合体与运载器或组合体之间异常分离时刻状态，确定组合体分离点轨道参数及与组合体轨道转移策略生成相关的平台参数；根据平台参数确定轨道转移策略的设计约束条件；根据所述约束条件以轨道转移所需速度增量最小为原则，进行最优变轨次数估计；根据估计结果，建立描述单次变轨状态变化及多次变轨间联系的数学模型；利用所述数学模型以GEO轨道为目标，通过迭代寻优生成满足设计约束的轨道转移策略。本发明解决了组合体航天器异常分离条件下，传统有限推力复杂设计方法计算量大、计算速度慢等不足，具有一定的工程实用性。

技术领域

本发明涉及宇航飞行器轨道动力学，具体地，涉及一种异常分离情况下组合体GEO变轨策略生成方法及系统。

背景技术

地球静止轨道航天器(GEO)具有对地球相对“静止”特点，被广泛用于通信、导航、中继等领域。相较于传统单体航天器而言，组合体航天器由于每个舱段都携带推进系统，一方面在应对主动段与多次轨道转移段异常情况时具有较好的鲁棒性，另一方面也就要求在组合体异常分离情况下需要快速对组合体或组合体每个舱段设计轨道转移策略。

国内外目前已经应用的转移轨道策略设计方案较多，但多是基于有限推力的复杂积分寻优或基于混合推进系统的分段变轨方法。刘俊尧、赵建伟、宗岩等在中国专利“一种脉冲轨道转移向有限推力轨道转移转换的方法”(专利文献：CN112455725A)中首先确定脉冲点火点位置，然后在此位置进行有限推力积分寻优，并对点火方向进行修正，对于单体航天器多次点火轨道转移问题，该方法计算量大，迭代寻优收敛速度慢，对于组合航天器多舱段该缺陷尤为显著。林宝军、蒋国伟、范苑等在中国专利“小型地球静止卫星轨道转移方法及系统”(专利文献：CN111891396A)中提出了一种首先利用化学推进系统进行航天器近地点高度提升，其次利用电推进系统进行航天器近地点高度、倾角、偏心率调整，最后利用化学推进系统进行航天器定点捕获，该方法一方面需要单体航天器同时具备化学与电推进两套系统，局限性较强；一方面将近地点高度、倾角与偏心率分阶段调整，燃料消耗较大，影响航天器在轨寿命。

综上所述，需要针对异常分离条件的组合体航天器GEO轨道转移策略快速生成需求，开展变轨策略方法设计优化。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种异常分离情况下组合体GEO变轨策略生成方法及系统。

根据本发明提供的一种异常分离情况下组合体GEO变轨策略生成方法，包括：

步骤A：根据组合体与运载器或组合体之间异常分离时刻状态，确定组合体分离点轨道参数及与组合体轨道转移策略生成相关的平台参数；

步骤B：根据平台参数确定轨道转移策略的设计约束条件；

步骤C：根据所述约束条件以轨道转移所需速度增量最小为原则，进行最优变轨次数估计；

步骤D：根据估计结果，建立描述单次变轨状态变化及多次变轨间联系的数学模型；

步骤E：利用所述数学模型以GEO轨道为目标，通过迭代寻优生成满足设计约束的轨道转移策略。

优选地，所述步骤A包括：

步骤S2.1：组合体包含多个舱段，每个舱段都携带推进系统，异常分离包括运载器未能将组合体送至预定轨道即提前分离的发射段异常与组合体中某舱段未能将组合体送至准地球同步轨道即提前分离的转移段异常；首先明确异常分离时刻的轨道状态，采用GEO轨道通用形式进行描述，半长轴a₀、倾角i₀、偏心率e₀、地理经度λ₀、地理纬度η₀；