[发明专利]一种地月DRO最优转移轨道的确定方法

说明书

本发明公开一种地月DRO最优转移轨道的确定方法，包括：通过微分修正方法和延拓方法计算DRO轨道族；结合单次月球引力辅助进行地月转移轨道设计，将转移轨道分段定义搜索参数和搜索范围；利用圆型限制性三体问题动力学模型反向积分进行轨道递推，获得满足条件的轨道参数；设计优化变量和性能指标并将搜索得到的初始轨道参数进行分段，可降低参数敏感性以提高优化算法求解效率；将分段后的搜索结果分别利用序列二次优化算法优化求解满足约束条件的燃料最优转移轨迹。

技术领域

本发明属于航空航天技术领域，具体指代一种地月DRO最优转移轨道的确定方法。

背景技术

随着美国、欧空局等开始部署能够覆盖地月空间的月球空间站(LOP-G)，地月空间已经成为下一阶段太空开发的重要领域。近月空间站建设可以大大提高人类对于深空探测的长期探索能力，包含太阳系其他行星和小行星探测任务。DRO（Distant RetrogradeOrbit，远距离逆行轨道）作为CRTBP的平面解，这种轨道是由Hénon在Hill模型下研究简单周期性对称轨道时首次提到，其由在CRTBP旋转坐标系中以逆行方式围绕次主天体的轨道构成。在以往的研究中表明，DROs能够表现出长期稳定性。但与此同时，从低成本转移方面来讲，稳定性导致了轨道任务设计的不灵活性。由于DROs缺乏不变流型结构，传统的低能转移轨迹设计无法利用不变流行自由靠近DRO自身。然而，DROs的稳定性对于新地月空间站结构而言是至关重要的。所以，有必要对地月空间中转移到DRO的低燃料消耗轨迹进行研究，设计地月DRO燃料最优轨迹计算方法，分析转移所需的速度消耗和转移时间，获得最优转移轨迹图。

现有的设计方法需要事先建立庞大数据库，计算量大，且并不包含优化求解过程。除此之外，现有的设计方法只针对某一条特定的DRO而不是整个轨道族。

发明内容

针对于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种地月DRO最优转移轨道的确定方法，以设计出可计算比现有研究中更优转移的搜索策略和获得相应的优化结果。

一种地月DRO最优转移轨道的确定方法，步骤如下：

步骤1：计算目标DRO和目标插入点；

步骤2：确定搜索参数和搜索范围；

步骤3：利用圆型限制性三体问题动力学模型反向积分进行轨道递推，设置截止条件，获得满足条件的轨道设计参数；

步骤4：设计优化变量和性能指标以构造非线性优化问题，将搜索得到的初始轨道参数进行分段得到分度初始化条件；

步骤5：基于步骤4已获得的分段初始条件，利用序列二次优化算法优化求解满足约束条件的燃料最优转移轨迹。

作为优选的一种技术方案，所述步骤1具体包括：

 航天器的运动跟随两个主天体运动的旋转坐标系下，航天器的状态量为，其动力学方程为：

   (1)

 式中，r表示位置矢量，v表示速度矢量，x、y、z分别表示速度v矢量的分量；表示 x的一次求导，表示x的二次求导，表示 y的一次求导，表示y的二次求导，表示z的一次求导，表示z的二次求导；

  U代表系统的伪势能函数，定义为：

 (2)

 其中，为系统的质量比，，m为月球质量，M为地球质量；