[发明专利]基于最优分离轨道模型的可组装卫星分离方法及系统

说明书

本发明提供了一种基于最优分离轨道模型的可组装卫星分离方法及系统，包括如下步骤：步骤1：建立最优分离轨道模型；步骤2：根据所述最优分离轨道模型进行可组装卫星的在轨分离。本发明能够对可组装卫星的分离轨道进行设计，适应可组装卫星在轨分离需求，兼顾近距离分离的安全性与远距离转移的全局最优，提升可组装卫星的任务机动能力。

技术领域

本发明涉及卫星分离轨道的技术领域，具体地，涉及一种基于最优分离轨道模型的可组装卫星分离方法及系统。尤其是，优选的涉及一种面向可组装卫星的最优分离轨道设计方法。

背景技术

面向未来天基信息港、超大型遥感、大容量通信等应用需求，超大型卫星的发展需求迫切。受运载包络约束，超大型卫星无法通过单一运载直接发射入轨，通常需要多次发射、在轨组装。可组装卫星由若干模块组成，其中，核心模块通常称为主星，其他功能模块通常称为子星。

为了实现卫星模块重组、有效规避空间威胁，可组装卫星的各子星级模块需具备在轨分离能力：在卫星模块重新组装货面临威胁时，主星与子星之间的对接机构解锁，解锁过程产生的冲击将为各子星级模块提供初始分离速度；在轨控发动机作用下，各子星级模块分别到达预定的目标轨道。

与传统的轨道转移问题相比，面向可组装卫星的分离轨道设计问题主要存在以下不同：

1、面向可组装卫星的分离轨道需首要保障分离过程的安全性，尤其是在近距离分离阶段，如何避免子星与主星发生碰撞、防止子星对主星产生羽流干扰，目前相关研究较少。《小卫星在轨安全分离速度设计》(中国空间科学技术，2007年6月)提出了如何设计初始分离速度，以保持分离一段时间后子星与主星的相对距离始终不小于某个固定值；但在实际应用中，可以基于子星与主星的相对运动规律，对点火机动的可行区域加以约束，从而降低对初始分离速度的要求。

2、Lambert问题是双脉冲轨道转移的基本问题，通常为给定轨道上两点的位置矢量及飞行时间，求连接两点的轨道参数，本质为求解微分方程两点边值问题。为了延长在轨寿命、降低消耗，可组装卫星模块的在轨分离可将燃料最优或能量最优作为优化目标，而不限制转移时间。《有限推力燃料最省共面圆轨道转移研究》(计算机仿真，2013年10月)只研究了共面圆轨道转移问题，并且只考虑了燃料最省的转移策略；《能量最优与燃料最优Lambert交会问题》(北京航空航天大学学报，2018年9月)提出一种基于矢量形式的求解能量最优和燃料最优Lambert问题的总体框架，但是要求预先给定卫星变轨前后的位置矢量，无法优化转移点的选取、求解全局最优的转移轨道。

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基于最优分离轨道模型的可组装卫星分离方法及系统。

根据本发明提供的一种基于最优分离轨道模型的可组装卫星分离方法，包括如下步骤：

步骤1：建立最优分离轨道模型；

步骤2：根据所述最优分离轨道模型进行可组装卫星的在轨分离。

优选的，所述可组装卫星包括主星和子星，可组装卫星的分离包括近距离分离；所述步骤1包括如下步骤:

步骤1.1：求解所述子星和主星在近距离分离过程中的相对运动，得到自由分离轨道；

步骤1.2：计算所述子星在自由分离轨道下的轨道根数；

步骤1.3：根据所述轨道根数计算自由分离可行区域；

步骤1.4：选择分离策略；

步骤1.5：根据所述分离策略和自由分离可行区域求解最优分离转移轨道。

优选的，所述可组装卫星的分离还包括远距离转移；

所述近距离分离阶段：子星从解锁点分离后，轨控发动机处于关机状态，仅依靠初始分离速度，偏离初始轨道、与主星产生相对运动，直至子星漂移至起始点；