[发明专利]一种为卫星星座提供在轨服务的服务轨道设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种航天器轨道的设计方法，尤其涉及一种为卫星星座提供在轨服务的服务轨道设计方法。

背景技术

随着空间技术的发展，如何保证航天器在复杂空间环境中长期正常工作，最大限度地延长航天器的在轨寿命，已经成为航天技术领域亟待解决的问题。“在轨服务”的概念早在20世纪60年代就已经提出了，随着40多年的发展，形成了以增强航天器性能、延长航天器使用寿命、降低费用和风险为目的，以在轨燃料加注、维护修复、功能更换和升级、在轨组装等为内容的在轨服务技术。

目前，国外的在轨服务目标主要以单颗卫星为主，其重点在于演示验证在轨服务技术。轨道设计方法为基于交会对接技术的最优交会轨道设计方法，包括线性最优交会的有限推力最优交会轨道设计方法、脉冲受限的最短时间交会轨道设计方法以及非线性最优交会的霍曼交会算法、Lambert交会算法等。

2005年第6期的《空间科学学报》上的文章：单个航天器对Walker星座中多卫星的近距离接近和2005年第10期《宇航学报》上的文章：无需变轨实现单航天器对星座中多卫星的近距离接近分别提供了多星近距离接近的圆轨道设计方法，即设计与星座卫星轨道同轨道高度的圆轨道，接近星座不同轨道面的多颗卫星。但由于服务轨道和星座目标轨道异面相交，轨道服务航天器与星座卫星接近时，它们之间的相对速度过大，进行轨道服务的难度很大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用较少数量的轨道服务航天器在有限时间内为整个卫星星座进行在轨服务、且相会时服务航天器与星座卫星的相对速度小的为卫星星座提供在轨服务的服务轨道设计方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明的为卫星星座提供在轨服务的服务轨道设计方法，使所述的服务轨道为以地球为焦点的椭圆轨道，与所述的被服务的卫星星座轨道共面相交，且只有一个焦点，所述椭圆轨道的周期、偏心率和半长轴与所述的卫星星座对应轨道上目标卫星间的相位差的关系，满足运行在所述服务轨道上的轨道服务航天器每次通过轨道交点时，均与所述的卫星星座对应轨道上不同的目标卫星交会。

优化的，所述椭圆轨道的参数确定方法包含以下步骤：

所述服务轨道的半长轴a_α的确定步骤：通过如下公式计算得到：

aα=R×(kn)23---(1)]]>

R——所述被服务的卫星星座轨道半径

n——所述被服务的卫星星座轨道上卫星的个数

k——和n互质的整数，其取值需使求得的a_α和R满足相交条件其中R₀为地球半径

所述服务轨道的离心率e_α的确定步骤，通过如下公式计算得到：

eα=Raα-1---(2)]]>

R——所述被服务的卫星星座轨道半径

a_α——所述服务轨道的半长轴

所述服务轨道的轨道倾角的确定步骤：所述服务轨道的轨道倾角等于所述被服务卫星星座轨道的轨道倾角；

所述的服务轨道的升交点赤经的确定步骤：所述的服务轨道的升交点赤经等于所述的被服务卫星星座轨道的升交点赤经；