[发明专利]太空加油站网点设计方法

说明书

本发明公开了一种太空加油站网点设计方法，基于对已发射的空间任务的分析，以及对地月L1平动点的空间特性研究，确定了地月系太空加油站网点的设计方法，给出了一种比较合理的网点布设拓扑，从而可以为空间探测器的长期，远距离飞行提供燃料补充。

技术领域

本发明涉及一种地月系太空加油站网点设计方法，属于卫星动力学与轨道优化设计技术领域。

背景技术

车辆燃油耗尽，只要到加油站加满油就能继续出发了，而在太空里运行的空间飞行器，当燃料耗尽，它们的寿命也就终结了。为解决这个问题，当前世界各国正在研究建“在轨加油”技术，提高飞行器续航能力，延长寿命。“在轨加油”本身并不新鲜，目前俄罗斯、美国、中国等国家都已掌握。“在轨加油”工程复杂、成本高，着眼未来深空探测及为航天器“延寿”需求，人类又开始研究建设更加便捷、经济的“太空燃料加注站”。如果把在轨加油比作一个油罐车为车辆加油的话，那么，“太空燃料加注站”就相当于地面的加油站，它的容量更大，可以重复多次为飞行器“加油”，从而延长飞行器寿命，提高其在轨服务能力。此外，当前运载火箭受规模和运载能力的限制，所携带的燃料有限，难以进行更深远的空间探测活动，而“太空加油站”则有望改变这一现状。如果太空里有‘加油站’，航天器就不用携带那么多的燃料，当燃料快耗尽时，只要及时到‘加油站’补加就行。这样，不仅技术难度降低了，成本也会减少很多。”

“太空加油站”的功能不仅局限于“太空中加油”，它还将改变现有的空间运输整体布局。它可服务于多个不同的空间任务，将一个长距离运输任务分解成若干段，利用现有的航天技术和设施，就能完成难度更大的任务。

目前，都是点对点的单一运输，运一次就结束，而有了“太空加油站”以后，不同的“太空加油站”形成一个网络。就像有了加油站，车辆不管从哪里来、到哪去、去多远，都可以放心行驶，将来太空里的各种航天器也可以这样。目前还没有人提出太空加油站网点设计的方法，如何科学设计出太空加油站的位置，使航空器加油成本降低。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提出一种太空加油站网点设计方法，以能够为绝大多数航天器服务为宗旨，设计太空加油站网点，该方法简单实用。

本发明为一种太空加油站网点设计方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1)计算全球已经发射的航天器的轨道，寻找所述轨道中交会点最多的位置；

步骤2)如果地球影响球内存在交会点，则地球空间的加油站布设在所述交会点附近；

步骤3)如果地球影响球内不存在交会点，则在GEO轨道布设加油站；

步骤4)在地球影响球外，如果存在交会点，则在交会点附近利用航天器编队飞行技术设计同心圆加油站网络；

步骤5)若地球影响球外不存在交会点，则在地月系L1点通过设计Halo轨道，在Halo轨道布设太空加油站网。

进一步的，计算交会点附近加油站布设的具体方法为：

以交会点为虚拟参考点，利用航天器编队飞行技术设计同心圆加油站网络；航天器编队飞行的动力学方程为：

其中δx，δy，δz为太空加油站相对于交会点的相对坐标，当相对运动状态满足

时，

设计围绕交会点的空间圆太空加油站网络。n为交会点的旋转角速度，δx₀、δy₀、δz₀为初始时刻太空加油站相对于交会点的位置坐标。