[发明专利]一种基于轨迹保持需求的遥感卫星空间碎片规避机动方法

说明书

技术领域

本发明属于航天器控制领域，涉及一种具有轨迹保持需求的低轨遥感卫星针对空间碎片进行碰撞规避的轨道控制方法。

背景技术

随着人类太空活动的发展，空间碎片的数量迅速增长，运行在地球轨道上的航天器受碎片撞击的风险日益严重，必须采取有效的解决措施。目前发生的数次碰撞事件，均发生在低轨地区，而这个区域正是很多遥感卫星运行的高度。对于遥感卫星这样处于空间碎片密集区域的重要航天器来说，必须进行空间碎片碰撞预警和规避技术研究，保证航天器的安全运行。对于尺寸较大的空间碎片，目前尚缺乏有效的被动防护措施，因此航天器需采取主动规避机动来避免此类尺寸较大、可跟踪碎片的撞击。

目前，对于危险交会需要进行规避时，在规避策略设计中，对于规避机动的调整量较为模糊，一般资料或文献中均为定性描述，并未给出定量的结果，导致控制的随机性较大且不易推广应用。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，从遥感卫星任务需求出发，利用遥感卫星地面轨迹保持的特点，提出了一种适合遥感卫星的轨道机动控制方法，能够通过精确定量的变轨量实现遥感卫星对空间碎片的有效规避机动。

本发明的技术解决方案是：一种基于轨迹保持需求的遥感卫星空间碎片规避机动方法，包括如下步骤：

(1)根据遥感卫星在轨运行允许的地面轨迹漂移范围ΔL，计算半长轴在轨道维持中的最大变化量Δa，构建标称轨迹保持控制环；

(2)将构建的标称轨迹保持控制环按照不同的轨道高度及漂移量划分为四个区域，分别记为区域Ⅰ、区域Ⅱ、区域Ⅲ和区域Ⅳ，其中：

区域Ⅰ：以标称轨迹保持控制环为中心的环状区域，区域的东西方向宽度为标称轨迹保持控制环的东西边界，环状区域的宽度为ΔH，ΔH＝k1Δa，区域Ⅰ进一步划分为a、b、c、d四个子区域，其中区域d为从标称轨迹保持控制环的西边界开始向东距离ΔD后作西边界的平行线与西边界一起在区域Ⅰ上截取得到的区域，ΔD＝k2ΔL，区域c为所述平行线和标称轨迹一起在区域Ⅰ上截取得到的区域，区域b为标称轨迹和标称轨迹东边界一起在区域Ⅰ上截取得到的区域的上部分，剩余区域为区域a；

区域Ⅱ：宽度为标称轨迹保持控制环东西边界之内，除去区域Ⅰ之外的区域；

区域Ⅲ：标称轨迹保持控制环西边界以西的区域；

区域Ⅳ：标称轨迹保持控制环东边界以东的区域；

(3)对发生危险交会需要进行轨道机动规避空间碎片碰撞威胁的航天器，确定变轨时刻；

(4)根据遥感卫星当前的轨道参数，确定遥感卫星处于步骤(2)中划分的四个区域中的何种位置；

(5)根据步骤(4)中确定的遥感卫星位置，对遥感卫星进行变轨操作，具体为：

如果遥感卫星位于区域Ⅰ上的区域a，则优选半长轴调整量为δa＝Δh(l)/2+|h|，次选半长轴调整量δa从|h|～Δh(l)/2+|h|的范围中选取；

如果遥感卫星位于区域Ⅰ上的区域b，则优选半长轴调整量为δa＝-k1Δa，次选半长轴调整量为δa＝k1Δa；

如果遥感卫星位于区域Ⅰ上的区域c，则优选半长轴调整量为δa＝-Δh(l)/2-|h|，次选半长轴调整量δa从-Δh(l)/2-|h|～-|h|的范围中选取；

如果遥感卫星位于区域Ⅰ上的区域d，则优选半长轴调整量为δa＝-Δa/2，次选半长轴调整量为δa＝-k1Δa；

如果遥感卫星位于区域Ⅱ，则优选半长轴调整量为δa＝Δh(l)/2-h，次选半长轴调整量为δa＝-Δh(l)/2-h；

如果遥感卫星位于区域Ⅲ，则优选半长轴调整量为δa＝-h，次选半长轴调整量为δa＝-k3Δa-h；

如果遥感卫星位于区域Ⅳ，则优选半长轴调整量为δa＝Δh(l)-h，次选半长轴调整量从Δh₁(l)-h～Δh(l)-h的范围中选取；

其中k1、k2和k3均为比例系数，l为遥感卫星在轨迹环中的东西漂移量，以向东为正，以标称轨迹处为零点；h为遥感卫星在轨迹环中的上下漂移量，以向上为正，以标称轨道高度处为零点；在l处做标称轨迹的平行线，Δh(l)为标称轨迹保持控制环截取平行线的长度，Δh₁(l)为将标称轨迹保持控制环整体向东移ΔL/2后标称轨迹保持控制环截取平行线的长度；

(6)估算变轨时刻是否还有碰撞风险，如果不存在碰撞风险则结束；如果存在则调整变轨时间，然后重复步骤(5)～(6)，直至不存在碰撞风险后结束。