[发明专利]用于最优化人造卫星的质量的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及航天任务领域，更具体地，涉及最优化人造卫星的质量的领域，该人造卫星用于执行包括围绕大型天体的轨道阶段的任务。

背景技术

在未来的太空计划中，计划将人造卫星发送到高椭圆轨道，例如捕获轨道(capture orbit)，从而能够在紧随捕获之后或在该捕获轨道中花费一些时间之后，布置登陆车。在该轨道中，给定的某些几何条件下，可能出现长时间的日食。在日食期间，剥夺了人造卫星的太阳能。那么人造卫星的电源和热调整子系统必须足以能够在这些日食期间工作。

通常不采用会导致长时间日食的插入轨迹(insertion trajectories)，因为其会导致电源和热调整子系统的重量增加。然而，在从捕获轨道启动登陆的情况下，这可能妨碍在给定范围内在良好条件下(例如在日照中)登陆。在没有立即实现登陆，而是在捕获轨道中花费一些时间之后才实现登陆以避免不良登陆条件(例如火星风暴期间或行星和地球之间的相合(conjunction)期间)的情况下，该问题更有可能出现。

在限定了不改变轨道形状的前提下(例如，轨道出口调动(orbit exitmanoeuvres)保持紧凑)，无法找到在低轨道高度上变化为圆形轨道的解决方案。然而，有一个可能的解决方案，包括增大航天器装载的电池的容量，并因此增大其尺寸和重量。该解决方案并不完全令人满意，因为这样一来，与有效载荷的质量相比，电池的质量过大和/或在宇宙飞船上占用太多空间。此外，该解决方案不能满足特别长时间日食的需要。

发明内容

本发明特别致力于通过一种用于最优化人造卫星的质量的方法和装置减轻上述问题，该人造卫星在考虑长时间日食的情况下，用于执行包括围绕大型天体的轨道阶段(orbit phase)的任务。

为达此目的，本发明提供了一种用于最优化人造卫星的质量的方法，该人造卫星用于执行包括在椭圆形的第一轨道中围绕大型天体的轨道阶段的任务，该椭圆形的第一轨道的形状和方向受到该任务的其他阶段的约束，该椭圆形的第一轨道包括第一点，也称为近拱点，以及第二点，也称为远拱点，该第二点与第一最长日食持续时间相关联，该第一最长日食持续时间决定了第一电池质量，该第一电池质量能够在该第一最长日食持续时间内使人造卫星保持工作，其特征在于，所述方法包括：

-计算椭圆形的第二轨道的步骤，该椭圆形的第二轨道是通过椭圆形的第一轨道围绕连接近拱点和远拱点的轴转动而获得，该椭圆形的第二轨道与第二最长日食持续时间相关联，该第二最长日食持续时间小于该第一最长日食持续时间，

-确定使人造卫星能够运动到该第二轨道的调动的步骤，以及

-计算第二电池质量以及计算实现该调动所需的燃料质量的步骤，该第二电池的质量使人造卫星在该第二最长日食持续时间中保持工作，

-为人造卫星添加所述燃料质量，并移除等于该第一电池质量与第二电池质量之差的电池质量，燃料质量与该第二电池质量之和小于该第一电池质量。

本发明的优点是避免用于长时间日食的人造卫星的电源和热调节子系统过大，该日食只在任务的相对短的阶段中出现，该任务持续几个月而日食持续几个小时。

由此，能够通过将长时间日食期间人造卫星生存所需的质量交换为实现轨道变化调动所需的质量，来最优化人造卫星的设计。通过这种方式节约的质量可用于例如其它科学应用。

有利地，在远拱点附近实现该调动。在轨道的这一部分上，人造卫星的速度受到限制，因此大大减小了实现该调动所需的燃料质量。

本发明还提出了一种用于最优化人造卫星的质量的装置，该人造卫星用于执行包括在椭圆形的第一轨道中围绕大型天体的轨道阶段的任务，该椭圆形的第一轨道的形状和方向受到该任务的其它阶段的约束，该第一轨道包括第一点，也称为近拱点，以及第二点，也称为远拱点，该远拱点与第一最长日食持续时间相关联，该第一最长日食持续时间决定了第一电池质量，该第一电池质量能够在该第一最长日食持续时间内保持人造卫星工作，其特征在于，所述装置包括：

-用于计算椭圆形的第二轨道的装置，该椭圆形的第二轨道是通过该第一轨道围绕连接该近拱点和远拱点的轴转动而获得，该椭圆形的第二轨道与第二最长日食持续时间相关联，该第二最长日食持续时间小于该第一最长日食持续时间，

-用于确定使人造卫星能够向第二轨道运动的调动的装置，以及