[发明专利]一种静止轨道卫星变轨策略优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种静止轨道卫星变轨策略优化方法。

背景技术

静止轨道卫星变轨策略设计属于轨道机动类问题的一种，在数学上可采用极大值极小值方法来求解，或者划为非线性规划类问题，采取相应的算法求解。根据实际情况，非线性规划问题有多种算法，一般可以采用穷举法，它的特点是简单、但是比较费时、计算量大的一种算法，它的缺点是需要采样点足够密集才能找到比较精确的全局最优解，而且当函数的性质不够清楚的时候难以定出合理的采样范围和采样密度，另外当需要优化的参数增多时，计算量会迅速增大。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种静止轨道卫星变轨策略优化方法，合理确定变轨策略设计的各个约束条件，以减少变轨策略设计过程中的人工干预以及计算时间和计算量。

本发明的技术解决方案是：

一种静止轨道卫星变轨策略优化方法，步骤如下：

(1)确定卫星从当前轨道出发到目标轨道所需要的变轨次数n，具体通过如下步骤进行：

(1.1)通过公式计算从当前轨道以脉冲方式机动至目标轨道所需总速度增量dv，其中，v₀和v₁变轨前后卫星在远地点的速度，且其中，μ为地心引力常数，r_a为卫星处于远地点的地心距离；a₀，a₁表示卫星所处当前轨道的半长轴；δ表示两轨道面夹角；

(1.2)通过公式dm＝m₀(1-exp(-dv/Isp/g))计算从当前轨道机动至目标轨道所需推进剂质量dm，其中，m₀为起飞重量，I_sp为发动机比冲，g为重力常数；

(1.3)通过公式dt＝dm/(F/Isp/g)计算从当前轨道机动至目标轨道发动机所需工作时间dt，其中，F表示发动机推力；

(1.4)根据步骤(1.3)中得到的从当前轨道机动至目标轨道发动机所需工作时间dt估算从目标轨道机动至目标轨道所需变轨次数n，在满足变轨次数尽可能少的前提下，使发动机平均工作时间控制在指标T_engine之内，指标T_engine可由发动机单次点火时间长度限制值除以1.5得到；

(2)确定各次变轨的发动机熄火条件a_i及相邻两次变轨之间的漂移圈数q_i，所述熄火条件a_i即为轨道半长轴的大小，具体通过如下步骤进行：

(2.1)根据预定的入轨参数确定转移轨道类型为同步转移轨道或者超同步转移轨道；

(2.2)对于同步转移轨道，确定首次变轨和末次变轨的熄火条件a_i及漂移圈数q_i，同步转移轨道变轨包括若干次远地点变轨，超同步转移轨道变轨包括若干次远地点变轨和一次近地点变轨；对于超同步转移轨道，确定首次变轨和最后两次变轨的熄火条件及漂移圈数；

对于同步转移轨道或者超同步转移轨道，根据漂移圈数确定原则，由λ₀，可确定首次远地点变轨的漂移圈数q₁，λ₀，分别为同步转移轨道和超同步转移轨道在星箭分离时刻卫星的星下点地理经度和经度漂移率，λ₀，均根据转移轨道参数计算，是通过转移轨道类型可直接确定的数据；

所述漂移圈数确定原则为：两次变轨之间卫星漂移圈数最少、每次变轨均在地面测控范围内进行以及最终实现目标轨道；

同步转移轨道和超同步转移轨道卫星变轨首次变轨的熄火条件的确定原则是：在发动机单次工作时间范围内使半长轴尽可能大，即使得熄火条件尽可能大；

对于同步转移轨道，末次变轨为远地点变轨，有：λ′_obj＝λ_obj，度/圈，熄火条件a_n′为同步轨道半长轴42164km，根据漂移圈数确定原则q_n′为1圈；

对于超同步转移轨道末次远地点变轨，即倒数第二次变轨，有：λ′_obj＝λ_obj+20°，发动机熄火条件a_n′由超同步转移轨道参数计算得到，根据漂移圈数确定原则q_n′为1圈；

λ′_obj为第n′次变轨的星下点地理经度，为第n′次变轨结束后的经度漂移率，λ_obj表示最终定点轨位，n′表示末次远地点变轨；