[发明专利]小天体防御编队卫星的队形设计与控制方法

说明书

本发明提供了一种小天体防御编队卫星的队形设计与控制方法，基于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。本发明能够对小天体防御编队卫星进行队形设计与控制，适应镜面卫星的工作要求，保证卫星编队工作效率，实现卫星编队对小天体的高精度跟踪。

技术领域

本发明涉及编队卫星的队形设计与控制方法，尤其涉及一种小天体防御编队卫星的队形设计与控制方法。

背景技术

近地小天体接近或进入地球轨道、可能撞上地球，现在大约有2000颗直径大于1公里的小天体和10万颗直径大于100米的小天体；这样的近地小天体一旦与地球相撞，将会带来全球性的浩劫，因此近地小天体防御具有重要的意义。

由于小天体的飞行速度和质量都很大，一旦发现小行星有撞击地球可能，人类需要有充足的时间用于防卫准备，而准备的时间一般要在十年以上。根据现有科学技术水平，目前较为现实的方案是利用各种太空望远镜和地面观测设施对小天体的轨道进行详细分析，判断该小天体是否可能与地球相撞；若相撞的可能性很大，将会通过多种手段将该天体推离初始的轨道。常见的小天体防御方法有核能攻击、动能作用、航天器推力作用、质量运输等，其中核能攻击方案需要重量级的核弹；动能作用需要飞行器与小天体产生猛烈碰撞；推力作用对卫星或火箭的推进能力提出高要求；质量运输方案通过钻台将小天体外层变成碎片、利用电磁炮将碎片加速喷出。

较高的应用条件限制了上述方案的应用，考虑到当前小天体主动防御方案的优缺点，结合当前卫星编队飞行技术发展水平，国外学者提出了一种基于镜面卫星编队的小天体防御方案：利用多个卫星在空间组成一定的编队队形，通过卫星上携带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，从而改变近地小天体的原始轨道，消除小天体对地球的威胁。该方案对卫星编队的队形设计与控制提出了较高的要求，为了满足基于镜面卫星编队的小天体防御方案的应用需求，本发明提出了一种小天体防御编队卫星的队形设计与控制方法。

发明内容

为了满足基于镜面卫星编队的小天体防御方案的应用需求，本发明提出了一种小天体防御编队卫星的队形设计与控制方法，旨在满足镜面卫星的工作要求，保证卫星编队工作效率，实现卫星编队对小天体的高精度跟踪。

根据本发明的一个方面，提供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。

优选地，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