[发明专利]一种航天器小推力摄动交会轨迹优化方法及系统

说明书

本发明公开了一种小推力摄动交会轨迹优化方法及系统，包括：给定航天器和目标在起始和交会时刻的轨道根数，计算四脉冲速度增量；假设小推力开关策略为开‑关‑开，估算出小推力的两个开机时长；根据两个小推力开机时长，将小推力中点时刻作为等效脉冲时刻，重新计算新的四脉冲速度增量；直到前后两次计算的脉冲增量大小变化小于预设值，则输出小推力开机时长；将估计出的小推力开机时长作为约束输入间接法优化模型中求解，得到最优控制率和转移轨迹以及质量变化量；计算最优控制率对应速度增量与脉冲速度增量的增量百分比δ，如果δ大于阈值，则重新对步骤5进行求解，如果δ小于阈值，输出最优控制率和转移轨迹。

技术领域

本发明属于航天导航控制技术领域，具体涉及一种航天器小推力摄动交会轨迹优化方法及系统。

背景技术

在近地轨道上，地球非球形引力摄动和大气阻力等是最主要的摄动项。在进行空间碎片清除任务时的小推力交会轨迹优化时，必须考虑摄动项的影响，但相应的轨道积分计算量比二体解析动力学模型显著增加。并且，当转移圈数很多时，计算量大幅增加，交会轨迹优化效率下降。因此需要寻找新的交会轨迹规划方法，提供规划效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是在考虑摄动项影响时，怎样提高小推力交会轨迹的优化效率，提出了一种小推力摄动交会轨迹快速优化方法及系统。

为解决该问题，本发明所采用的技术方案是：

一种航天器小推力摄动交会轨迹优化方法，包括以下步骤：

步骤1：给定航天器和目标在起始时刻t₀和交会时刻的轨道根数，在交会时刻为t_f、轨道转移时长为Δt，计算出四脉冲速度增量Δv₁,Δv₂,Δv₃,Δv₄，其中前两个脉冲在第一圈、后两个脉冲在最后一圈，将第一圈脉冲增量记为Δv₀，最后一圈脉冲增量记为Δv_f，

Δv₀＝Δv₁+Δv₂

Δv_f＝Δv₃+Δv₄

步骤2：假设小推力开关策略为开-关-开，小推力开关策略的第一个开机对应的脉冲速度增量为Δv₀，第二个开机对应的脉冲速度增量为Δv_f，根据航天器质量和推力，估算出小推力的两个等效开机时长分别为

其中k为将脉冲展开为小推力时机动效果的弧段损失系数；F为航天器推力，m为航天器质量；

步骤3：根据所估算的两个小推力等效开机时长，将小推力中点时刻作为等效脉冲时刻，则小推力中点时刻为和等效转移时长为返回步骤1重新计算新的四脉冲速度增量得到第一圈的脉冲增量Δv₀'和最后一圈的脉冲增量Δv_f'；

步骤4：重复步骤1、2、3，直到前后两次计算的脉冲增量大小变化小于预设值ε，|(Δv₀'+Δv_f')-(Δv₀+Δv_f)|＜ε，则输出对应的小推力开机时长；

此时得到的Δv₀'+Δv_f'即为估计出的小推力交会所需的速度增量，此时与该Δv₀'+Δv_f'相对应的Δt₁和Δt₂为估计出的两个小推力开机时长；

步骤5：将估计出的小推力开机时长作为约束输入间接法小推力交会轨迹的优化模型中进行求解，得到最优控制率和飞行器转移过程中的转移轨迹以及质量变化量；