[发明专利]一种基于太阳帆推进技术的航天器日心椭圆悬浮轨道设计方法

权利要求书

1.一种基于太阳帆推进技术的航天器日心椭圆悬浮轨道设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)根据任务要求，确定位于日心椭圆开普勒轨道上的待观测天体在日心惯性坐标系下的轨道要素；

(2)初步设定日心椭圆悬浮轨道悬浮的轨道参数，至少包括半长轴、偏心率和悬浮高度；

(3)将步骤(2)初步设定的悬浮高度分解为常值的悬浮高度以及与太阳—被观测天体之间距离成正比变化的悬浮高度两部分；

(4)根据步骤(3)的结果建立旋转非一致相合坐标系，然后在该坐标系下建立太阳帆航天器轨道动力学模型；

(5)根据上述动力学模型，寻求平衡条件，然后根据该平衡条件和太阳光压力模型解算满足该日心椭圆悬浮轨道所需要的太阳帆姿态参数和反射率参数；

(6)针对步骤(5)设计的椭圆悬浮轨道，验证太阳帆姿态是否可实现。

2.根据权利要求1所述的一种基于太阳帆推进技术的航天器日心椭圆悬浮轨道设计方法，其特征在于，步骤(6)确定的椭圆悬浮轨道应确保太阳帆航天器的反射率变化不超出范围、太阳帆航天器具有与被测天体相同的瞬时角速度，且太阳帆航天器在日心椭圆悬浮轨道上运动并实时位于被测天体的极点上方。

3.根据权利要求1所述的一种基于太阳帆推进技术的航天器日心椭圆悬浮轨道设计方法，其特征在于，步骤(3)的具体方法为：太阳帆航天器日心椭圆悬浮轨道的悬浮高度H(f)根据以下公式进行分解：

上式中，L表示一个常值的悬浮高度，而k为常值，则表示一个随真近点角θ变化而变化的悬浮高度k·S(θ)。

4.根据权利要求3所述的一种基于太阳帆推进技术的航天器日心椭圆悬浮轨道设计方法，其特征在于，在真近点角θ处，被观测天体到日心的距离为：

S(θ)=a(1-e2)1+e cosθ]]>

上式中，a,e分别代表椭圆悬浮轨道的长半轴和偏心率。

5.根据权利要求3所述的一种基于太阳帆推进技术的航天器日心椭圆悬浮轨道设计方法，其特征在于，步骤(4)中的旋转非一致相合坐标系的建立方法为：根据常值的悬浮高度L建立旋转坐标系O_rX_rY_rZ_r，其中，坐标平面O_rX_rY_r平行于被观测天体的轨道平面，被观测天体的轨道平面与椭圆悬浮轨道之间的距离为L，O_rZ_r轴垂直于平面O_rX_rY_r；坐标系O_rX_rY_rZ_r绕近焦点坐标系O_rX_pY_pZ_p的O_rZ_p轴以变化的角速度逆时针旋转，在旋转坐标系O_rX_rY_rZ_r的基础上，使用变化的太阳—被观测天体之间的距离S(θ)为单位长度，对其三个坐标轴进行归一化处理，得到旋转非一致相合坐标系O_rxyz。