[发明专利]小天体表面弹跳移动的可达区获取方法

说明书

本发明公开的小天体表面弹跳移动的可达区获取方法，尤其涉及在弱引力场表面的单次弹跳可达区域获取方法，属于深空探测技术领域。本发明实现方法为：针对不同起跳方位角和起跳高低角下的单次弹跳的落点分布问题，将单次弹跳可达区域的获取分为计算一个外循环和求解满足约束的两个优化问题，即固定起跳方位角求解关于起跳高低角的两个优化问题和搜索全部起跳方位角下的两个最优解获取其对应的落点，找到在全部起跳方位角下的落点最远、最近落地距离，获取小天体表面单次弹跳的可达区域。本发明能够降低优化变量的维度，并能够为小天体表面跳跃轨迹设计或采样点选取提供参考，能够解决小天体表面弹跳移动的路径规划、着陆点误差修正相关工程问题。

技术领域

本发明涉及小天体表面弹跳的可达区获取方法，尤其涉及在弱引力场表面的单次弹跳可达区获取方法，属于深空探测技术领域。

背景技术

深空探测任务环境复杂、风险极高，而小天体的弱引力场、对比大行星极快的转速和不规则的形状特征，都加剧了问题的复杂程度。在小天体附着阶段末端，由于实际速度没有降为零、在小天体表面主动弹跳采样及多点采样等问题中，都存在被动弹跳和主动弹跳。任务的设计阶段，需要考虑在每次被动或者主动弹跳后，探测器能够在小天体表面转移的范围。因此，未来的任务设计要求提前获取探测器在小天体表面当前弹跳的覆盖范围，以便有效的进行下次弹跳的任务规划，从而合理的设计相应策略去修正或者利用弹跳转移的距离。

发明内容

本发明公开的小天体表面弹跳移动的可达区获取方法要解决的技术问题为：(1)通过将小天体表面的单次弹跳的覆盖范围划分为固定方位角进行覆盖区域边界优化和对所有方位角的整合得到全方向的小天体表面单次弹跳的可达区域，降低优化变量的维度；(2)提前获取小天体表面单次弹跳的可达区域，为小天体表面跳跃轨迹设计或采样点选取提供参考，能够解决小天体表面弹跳移动的路径规划、着陆点误差修正相关工程问题。

所述的单次弹跳指的是从探测器发生弹跳开始到探测器第一次触地之间的运动。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开的小天体表面弹跳移动的可达区获取方法，针对不同起跳方位角和起跳高低角下的单次弹跳的落点分布问题，将单次弹跳可达区域的获取分为计算一个外循环和求解满足约束的两个优化问题，即固定起跳方位角求解关于起跳高低角的两个优化问题和搜索全部起跳方位角下的两个最优解获取其对应的落点，找到在全部起跳方位角下的落点最远、最近落地距离，即获取小天体表面单次弹跳的可达区域。则所有满足约束的点落于最远和最近落点曲线的包络内。

本发明公开的小天体表面弹跳移动的可达区获取方法，包括如下步骤：

步骤一、固定初始弹跳速度方位角，获取单方向单次弹跳可达范围。

固定探测器初次弹跳的速度方位角，在满足初始条件、终端条件和路径约束后，分别找到满足两个性能指标的解，即找到满足落点与起点最小距离和最大距离的解，所述得到的最小距离和最大距离即为单次弹跳落点覆盖距离。获取的单次弹跳落点覆盖距离和求解得到的落地覆盖方位角即为获取单方向单次弹跳可达范围。

步骤一的具体实现方法为：

首先针对探测器在小天体表面单次弹跳问题，分别对探测器的动力学和小天体的形状和引力场建模。