[发明专利]一种月地转移入射变轨策略快速计算方法

说明书

本发明提供一种月地转移入射变轨策略快速计算方法，考虑了月地转移轨道从交会对接后的环月轨道出发限制，采用无需迭代求解的圆轨道解析方法快速求解得到变轨速度增量Δv₁的初值，计算效率高；此外，本发明还首次推导了基于有限推力的状态变量I₀和再入点终端瞄准状态变量E_f的解析状态之间转移矩阵的传递关系，也即基于偏导数敏度传递矩阵K得到的修正量ΔI₀对状态变量I₀进行修正，以此获得满足工程约束的变轨策略高精度数值解——变轨点位置矢量的方位角、变轨点位置矢量的高低角以及变轨发动机工作时长，填补了月地转移入射策略的技术空缺。

技术领域

本发明属于深空探测轨道设计领域，尤其涉及一种月地转移入射变轨策略快速计算方法。

背景技术

从环月轨道出发返回地球的月地转移轨道是月球采样返回任务所特有的飞行过程，我国前期探月任务均未涉及，世界上只有美国和苏联完成过类似的飞行过程。中国的月球无人采样返回任务采用了月球轨道交会对接后环月等待，待入射能力最优机会出现时进行月地转移入射的策略，这与美国的载人登月任意时间任意地点返回的方案和苏联的起飞后不进入环月轨道直接返回地球都有很大不同。因此，亟需一种月地转移入射变轨策略快速计算方法，以解决我国月球无人采样返回任务月地转移入射轨道的需求。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种月地转移入射变轨策略快速计算方法，以满足我国月球无人采样返回任务的变轨需求。

一种月地转移入射变轨策略快速计算方法，包括以下步骤：

S1：采用圆轨道解析方法获取从环月轨道非共面入射到月地转移双曲线轨道的变轨速度增量Δv₁；

S2：构建基于有限推力的状态变量I₀＝(A,E,Δt)和再入点终端瞄准变量其中，A为变轨点位置矢量的方位角，E为变轨点位置矢量的高低角，Δt为变轨发动机工作时长，H_f为再入点的高度，为再入点的轨道倾角，为再入角；

S3：根据变轨速度增量Δv₁获取状态变量I₀＝(A,E,Δt)的初始值再根据初始值通过轨道预报得到再入点终端瞄准变量的轨道预报值；

S4：获取再入点终端瞄准变量的轨道预报值与期望值之间的偏差ΔE_f，判断偏差ΔE_f是否小于设定阈值，若小于，则当前对应的状态变量I₀为最终的月地转移入射变轨策略，若不小于，则进入步骤S5；

S5：根据偏差ΔE_f获取状态变量I₀的修正量ΔI₀，其中：

ΔI₀＝K⁺ΔE_f

其中，K⁺为偏导数敏度传递矩阵K的广义逆矩阵，且

S6：采用修正量ΔI₀对初始值进行修正，再根据得到的修正值重新获取偏差ΔE_f与偏导数敏度传递矩阵K，并重复步骤S4～S5，直到偏差ΔE_f小于设定阈值。

进一步地，所述初始值的获取方法具体为：

S31：获取变轨速度增量Δv₁投影在惯性坐标系下三个坐标轴的分量：

S32：根据三轴分量获取初始值