[发明专利]一种GEO卫星化电混合推进变轨方法

说明书

本发明公开了一种GEO卫星化电混合推进变轨方法，所述方法包括如下步骤：步骤一：确定GEO卫星变轨过程初末状态参数；其中，变轨过程分为化推变轨、电推变轨2个阶段，先进行化推变轨、后进行电推变轨；步骤二：确定化推变轨方程；步骤三：确定电推变轨方程；步骤四：确定化电混合变轨优化模型，根据化电混合变轨优化模型得到化推段最优变轨参数；步骤五：根据化推段最优变轨参数、化推变轨方程、电推变轨方程得到化推推进剂消耗、电推推进剂消耗以及电推变轨时间。本发明计算过程简单，计算结果可靠，变轨指标优于常规设计值。

技术领域

本发明属于卫星轨道姿态动力学与控制技术领域，尤其涉及一种GEO卫星化电混合推进变轨方法。

背景技术

静止轨道卫星通常由运载火箭运送至地球同步转移轨道(GTO，GeosynchronousTransfer Orbit)，通过自身推进系统完成至目标轨道的转移变轨。随着卫星总体技术及电推进技术的发展，高比冲、小推力的电推进系统逐渐承担起静止轨道卫星变轨的任务。在卫星上配置化学推进、电推进2套推进系统。可以同时兼顾入轨时间、推进剂消耗等指标，更灵活地满足卫星不同飞行任务需求。化学推进系统大推力、低比冲工作时间短，其变轨过程可等效为脉冲变轨；电推进系统小推力、高比冲，通常采用连续全弧段点火变轨，两者混合工作的情况下，需要对化电混合推进变轨的策略及相关变轨参数进行优化设计，两者混合变轨形成一个复杂的混合优化问题，现有的优化计算过程复杂，计算结果可靠度不强。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种GEO卫星化电混合推进变轨方法，先化推后电推，化推段变轨按照脉冲变轨将变轨点位置、变轨推力方向、变轨速度增量作为优化变量；电推段采用近似等效方法，仅对2个控制参数进行优化：轨控仰角Ψ₁、Ψ₂，且可以通过半解析方法求解。最终将化电混合推进变轨按照参数优化问题进行求解，优化参数不超过10个，计算过程简单，计算结果可靠，变轨指标优于常规设计值。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种GEO卫星化电混合推进变轨方法，所述方法包括如下步骤：步骤一：确定GEO卫星变轨过程初末状态参数；其中，变轨过程分为化推变轨、电推变轨2个阶段，先进行化推变轨、后进行电推变轨；步骤二：确定化推变轨方程；步骤三：确定电推变轨方程；步骤四：确定化电混合变轨优化模型，根据化电混合变轨优化模型得到化推段最优变轨参数；步骤五：根据化推段最优变轨参数、化推变轨方程、电推变轨方程得到化推推进剂消耗Δm_U、电推推进剂消耗Δm_E以及电推变轨时间ΔT_E。

上述GEO卫星化电混合推进变轨方法中，在步骤一中，初始轨道参数为(a₀,e₀,i₀,Ω₀,ω₀)、目标轨道参数为(a_f,e_f,i_f,Ω_f,ω_f,θ_f)，中间轨道参数记为(a_m,e_m,i_m,Ω_m,ω_m)为待确定参数；其中，a₀为初始轨道的半长轴，e₀为初始轨道的偏心率，i₀为初始轨道的倾角，Ω₀为初始轨道的升交点赤经，ω₀为初始轨道的近地点幅角；a_f为目标轨道的半长轴，e_f为目标轨道的偏心率，i_f为目标轨道的倾角，Ω_f为目标轨道的升交点赤经，ω_f为目标轨道的近地点幅角，θ_f为目标轨道的真近点角；a_m为中间轨道的半长轴，e_m为中间轨道的偏心率，i_m为中间轨道的倾角，Ω_m为中间轨道的升交点赤经，ω_m为中间轨道的近地点幅角。