[发明专利]小天体防御编队卫星的队形设计与控制方法

权利要求书

1.一种小天体防御编队卫星的队形设计与控制方法，其特征在于，基于偏转距离定义和诱导推力模型，建立小天体轨道偏转模型，通过多目标优化算法实现编队飞行初始条件的搜索，设计相应的控制方法维持编队队形，具体包括步骤如下：

步骤一：定义小天体轨道偏转距离；

步骤二：建立镜面反射卫星诱导推力模型；

步骤三：基于编队卫星相对动力学模型，搜索编队飞行初始条件；

步骤四：设计编队控制方法，维持编队队形；

步骤五：通过仿真，评估小天体防御编队卫星队形设计与控制效果；

所述步骤一中，定义ΔM为推力作用下平近点角的改变量：

ΔM＝(n_e-n_i)t_MOID+n_it_i-n_et_e+ΔM_sim

其中t_MOID为未施加主动防御下，地球轨道与小天体轨道相交的时刻；n_e,n_i分别为未施加主动防御下，地球与小天体的角速度；诱导推力作用时间段为[t_i,t_e]，t_i为诱导推力作用起始时刻，t_e为诱导推力作用结束时刻；ΔM_sim为诱导推力作用时间段内平近点角的改变量；通过ΔM和余弦定理得到未施加主动防御与受到诱导推力后的轨道在t_MOID的矢径差Δr；在步骤五中通过小天体轨道偏转距离Δr，评估该防御方案的效果；

所述步骤二中，编队卫星的镜面反射系统将太阳光收集、汇聚并反射至小天体表面，使小天体表面物质升华，产生的气体形成反作用推力u_dev：

其中v_A为小行星的轨道速度方向；S_sc为升华物质羽流散播因子；为小天体升华物质的平均速度，由理想气体的Maxwell-Boltzmann方程给出；m_A为小天体的剩余质量；小行星表面单位时间内升华物质的质量；在仿真过程中，需将式中小天体轨道坐标系下的反作用推力u_dev转化为Hill坐标系下；

所述步骤四中，控制律的设计主要是使用卫星相对于小天体的运动状态形成反馈，从而保证编队队形；通过最小二乘法，求解得到如下控制律：

其中W为控制增益；ΔE_T＝E_i-E_T为时间间隔δt内编队卫星理想的轨道根数变化；下标j是轨道根数维度。

2.根据权利要求1所述的小天体防御编队卫星的队形设计与控制方法，其特征在于，所述步骤三中，为了实现主动防御任务、保障镜面反射系统的工作条件，需跟踪小天体、实现编队队形保持，编队飞行初始条件将直接影响队形保持效率、主动防御效能，需采用多目标优化方法进行搜索；编队飞行初始条件搜索的优化目标包括羽流对卫星的影响小、保证相对运动的周期性和镜面反射系统工作效率高。

3.根据权利要求1所述的小天体防御编队卫星的队形设计与控制方法，其特征在于，所述步骤五中，通过数值仿真，验证编队飞行初始条件的优化，验证编队卫星的队形保持能力，并利用步骤一所述的小天体轨道偏转距离Δr，评估该方案的主动防御效果。