[发明专利]一种基于离轨制动窗口的航天器再入返回任务规划方法

权利要求书

1.一种基于离轨制动窗口的航天器再入返回任务规划方法，其特征在于：其具体步骤如下：

步骤一、计算可达域数据库；

地面首先进行再入飞行弹道性能仿真分析，形成不同再入条件的可达域数据库，装订于星上任务规划系统的包括再入角-横程能力数据表，用于进行再入角及可达域数据库快速选择；

步骤二、计算航天器对给定目标点的离轨制动窗口；

根据得到的再入航天器可达域数据库，结合速度冲量的计算公式，能计算得到满足再入条件的离轨制动窗口；

步骤三、根据离轨制动窗口对再入返回任务进行规划；

根据任务需求对决策准则进行加权组合，从得到的再入返回方案集中选择一条最优再入返回轨迹。

2.根据权利要求1所述的一种基于离轨制动窗口的航天器再入返回任务规划方法，其特征在于：

在步骤一中所述的“计算可达域数据库”，其具体作法为地面首先进行再入飞行弹道性能仿真分析，形成不同再入条件的可达域数据库，其中可达域的具体计算步骤叙述如下：

①计算满足再入约束条件的最大纵程轨迹优化问题；

②计算满足再入约束条件的最小纵程轨迹优化问题；

③对最小纵程和最大纵程进行等分，计算固定纵程下的左右最大横程轨迹优化问题；

④依次连接计算得到的最小纵程轨迹、各固定纵程下左右最大横程轨迹以及最大纵程轨迹的终点，得到航天器的再入可达域。

3.根据权利要求1所述的一种基于离轨制动窗口的航天器再入返回任务规划方法，其特征在于：

在步骤二中所述的“计算航天器对给定目标点的离轨制动窗口”，其具体作法如下：

①初始化步骤：定义接收到离轨指令时的时刻为任务启动时刻t₀，离轨指令同时给出目标点的位置信息，航天器的位置能根据导航设备获得；

②航天器轨道预报：设航天器在t时刻准备离轨，采用轨道预报对航天器在t时刻的位置和速度矢量进行预报；

③离轨制动冲量计算：根据上一步能知航天器的位置和速度矢量，再根据所要求的再入条件计算离轨所需的速度冲量；

④计算再入点到目标点的纵横程：首先对航天器施加上一步得到的速度冲量，然后对过渡轨道进行仿真直到再入点，计算再入点与目标点之间的纵横程；

⑤判断离轨点是否加入离轨窗口：根据上一步计算得到的纵横程以及已知的航天器可达域数据，能判断出航天器是否能由当前的再入点到达目标点；如果是，则加入离轨制动窗口；如果否，则增加时间t＝t+Δt；

⑥判断时间t是否在搜索范围内：判断时间t是否满足条件t＜t_s，如果是，则时间t＝t+Δt，返回步骤②；如果否，则输出离轨制动窗口。

4.根据权利要求1所述的一种基于离轨制动窗口的航天器再入返回任务规划方法，其特征在于：

在步骤三中所述的“根据离轨制动窗口对再入返回任务进行规划”是指离轨制动窗口计算完成以后，在满足再入任务需求条件下，再入方案集多于2个时，需要进行方案决策；方案决策需要考虑的决策准则包括：响应时间；在轨等待时间；离轨-再入时间；离轨窗口宽度；横向偏置；离轨段被拦截概率；在离轨制动窗口计算完成以后，根据任务需求对决策准则进行加权组合，从再入返回方案集种选择一条最优再入返回轨迹。