[发明专利]基于三体系统流形的小推力地月转移轨道优化方法

权利要求书

1.基于三体系统流形的小推力地月转移轨道优化方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤一、在惯性系建立航天器的改进春分点动力学方程，避免航天器动力学方程奇异；基于改进春分点动力学方程构建时间最优性能指标对应的哈密顿函数；根据庞特里亚金最大值原理，利用哈密顿函数求解小推力转移轨道最优控制方向，并利用哈密顿函数得到用于构建小推力转移轨道优化模型的正则方程；结合小推力地月转移轨道目标状态给出优化模型边界条件；根据所述小推力转移轨道最优控制方向、正则方程，以及边界条件，构建小推力时间最优控制模型；

步骤二、在地月三体旋转系建立航天器运动模型，选取地月L1点Halo轨道；根据L1点Halo轨道，得到Halo轨道稳定流形和不稳定流形；将小推力地球逃逸段与Halo轨道稳定流形交点状态，作为逃逸轨道的目标状态；将小推力月球捕获段轨道和Halo轨道不稳定流形交点状态，作为捕获轨道的初始状态；利用周期轨道不变流形性质，航天器从稳定流形交点至不稳定流形交点间关机滑行，相比小推力直接转移节省燃料；

步骤三、根据地月转移任务，给定小推力地球逃逸段初始状态，将步骤二得到的稳定流形拼接点状态作为小推力地球逃逸段终点状态，构成小推力轨道优化模型边界条件，通过间接法求解小推力时间最优地球逃逸段轨迹；

步骤四、航天器沿步骤二得到的稳定流形拼接点进入L1点Halo轨道稳定流形，并沿Halo轨道不稳定流形到达步骤二得到的不稳定流形拼接点处，航天器利用三体系统不变流形由地球附近无动力滑行至月球附近，节省转移燃耗；

步骤五、根据地月转移任务，给定小推力月球捕获段目标状态，将步骤二得到的不稳定流形拼接点状态作为小推力月球捕获段起始状态，构成小推力轨道优化模型边界条件，通过间接法求解小推力时间最优月球捕获段轨迹；

步骤六、在地月旋转系拼接地球逃逸轨道、流形滑行轨道和月球捕获轨道，得到完整的地月转移轨迹。

2.如权利要求1所述的基于三体系统流形的小推力地月转移轨道优化方法，其特征在于：还包括步骤七，根据步骤三、步骤四、步骤五和步骤六得到的小推力地月转移轨道，对航天器在对应时刻下应用最优控制方向，在给定转移起始状态和终端状态的约束下，实现小推力航天器的地月低能量转移，显著降低燃料消耗；此外，L1点附近存在数目众多的不变流形，利用不变流形进行地月转移不受发射窗口、起始轨道和目标轨道约束，能够应用于地月低能转移任务。