[发明专利]一种航天器返回轨道解析梯度的计算方法

说明书

本发明涉及一种航天器返回轨道解析梯度的计算方法，包括：S1.建立航天器返回轨道制动段航程S_b1与制动时长t_p的第一关系式，并根据第一关系式获取制动段航程S_b1对制动时长t_p的第一梯度；S2.建立航天器返回轨道滑行段航程S_b2与制动时长t_p的第二关系式，并根据第二关系式获取滑行段航程S_b2对制动时长t_p的第二梯度；S3.建立航天器返回轨道再入段航程S_b3与制动时长t_p的第三关系式，并根据第三关系式获取再入段航程S_b3对制动时长t_p的第三梯度；S4.对第一梯度、第二梯度和第三梯度求和获取返回轨道总航程S_b对制动时长t_p的梯度。本发明有效减少了返回轨道设计过程中的迭代次数，进而提高了返回轨道的计算及设计效率。

技术领域

本发明涉及一种航天器返回轨道的计算方法，尤其涉及一种航天器返回轨道解析梯度的计算方法。

背景技术

返回是指航天器沿其运行轨道或者经过变轨后沿过渡轨道进入地球大气层，在空气动力的作用下减速并着陆的过程。航天器在返回过程中的运行轨迹称为返回轨道。近地航天器的返回轨道可分为调姿段、制动段、滑行段、再入段和着陆段，每段所采用的动力学模型不同，计算过程比较复杂。由于航天器在返回过程中，高速再入导致气动加热严重、环境恶劣，再入过程的减速过载、气动加热带来的热流和总吸热量以及着陆精度均是返回轨道设计的约束条件。因此，返回轨道的设计一般采用迭代过程，通过迭代计算得到满足约束条件的标称返回轨道，实现返回轨迹优化并为防热、结构、控制和推进等相关系统设计提供技术参数。

现有的返回轨道设计方法一般采用数值梯度进行迭代计算。通常情况下，以制动点和制动时长作为迭代变量、以再入角和开伞点的位置误差作为迭代目标，采用数值梯度进行返回轨道迭代计算。采用数值梯度计算时，迭代初值和梯度猜想值对迭代次数的影响较大，需要多次试算才能选择出合适的梯度数值，返回轨道的计算次数较多，单次返回轨道计算的收敛速度较慢、迭代次数较多，返回轨道设计及计算效率低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种航天器返回轨道解析梯度的计算方法，解决航天器返回轨道设计计算效率低的问题。

为实现上述发明目的，本发明提供一种航天器返回轨道解析梯度的计算方法，包括：

S1.建立航天器返回轨道制动段航程S_b1与制动时长t_p的第一关系式，并根据所述第一关系式获取所述制动段航程S_b1对所述制动时长t_p的第一梯度；

S2.建立航天器返回轨道滑行段航程S_b2与所述制动时长t_p的第二关系式，并根据所述第二关系式获取所述滑行段航程S_b2对所述制动时长t_p的第二梯度；

S3.建立航天器返回轨道再入段航程S_b3与所述制动时长t_p的第三关系式，并根据所述第三关系式获取所述再入段航程S_b3对所述制动时长t_p的第三梯度；

S4.对所述第一梯度、所述第二梯度和所述第三梯度求和获取所述返回轨道总航程S_b对所述制动时长t_p的梯度。

根据本发明的一个方面，步骤S1中，假设所述航天器在制动段的制动开机点至制动结束点的轨道角速度保持一致，则所述第一关系式为：