[发明专利]一种星上自主应急再入返回轨道设计方法

权利要求书

1.一种星上自主应急再入返回轨道设计方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一、根据着陆主备各机场的经纬度，计算各机场的应急离轨窗口；

首先计算各目标机场对应的升交点地理经度，即为0横程对应的地理经度；其次根据再入飞行器应急情况下最大横向机动能力，计算各机场对应的最大和最小升交点地理经度范围，进而获得各机场的应急离轨窗口；

步骤二、计算再入飞行器当前轨道到各应急离轨窗口的时间，若其最小时间在给定离轨时间内，则该最小时间对应的机场为应急机场，飞行器按照当前轨道在所述的最小时间飞至对应的应急离轨窗口；否则，执行步骤三；

步骤三，进行应急返回过渡轨道设计，通过在过渡轨道飞行，使再入飞行器在指定时间内进入应急离轨窗口；步骤三具体实现步骤如下：

假设再入飞行器恰好在给定的离轨时间内进入离轨窗口，分别计算主或备机场对应的过渡轨道半长轴，选择半长轴调整量小的过渡轨道作为应急返回过渡轨道，对应机场作为再入机场。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：应急离轨窗口中心点计算如下：

上式中，λ₀为应急离轨窗口中心点，λ_e为再入点地理经度，为再入点地理纬度，u_e为从赤道到再入点的纬度幅角。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：应急离轨窗口宽度计算如下：

上式中，Δλ为应急离轨窗口宽度，ΔH为再入飞行器最大横向机动距离，a当前轨道半长轴，i为当前轨道倾角。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：通过下述方式计算再入飞行器当前轨道到各应急离轨窗口的时间：

根据飞行器最近一次过升交点时地理经度λ₀，推导N圈之后飞行器的升交点经度λ_N；再结合各机场应急离轨窗口对应的升交点地理经度范围，获得从当前位置进入各机场应急离轨窗口需要飞行的圈数N，进而根据当前轨道周期得到再入飞行器从当前轨道到各应急离轨窗口的时间。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：N圈之后飞行器的升交点经度λ_N推导关系式如下：

其中，ω_e＝7.292115×10^-5rad/s为地球转速；为轨道节线进动的平均速率；T_N为轨道运动的节点周期。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤三中采用应急返回过渡轨道设计，通过机动至过渡轨道，满足在给定离轨时间内能够达到应急离轨窗口。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述半长轴调整量的计算公式如下：

其中λ_c为在过渡轨道N圈之后飞行器升交点经度，即离轨窗口标称经度；

λ_N为在当前轨道N圈之后飞行器升交点经度；a为半长轴。