应用借力机制选择星际探测目标的探测器发射方法，属于深空探测转移轨道技术领域。为了解决轨道半长轴较大或者偏心率较大的探测目标的可接近性评价这一难题，本发明专利技术的探测器发射方法包括：最优两脉冲转移轨道求取、借力飞行轨道类型选择和借力飞行轨道拼接三个部分。先求取从目标星到发射星体的最优两脉冲转移轨道，把发射星体作为借力星体，两脉冲转移在发射星体处的参数作为借力飞行时的匹配参数，然后采用周期约为发射星体公转周期整数倍的日心大椭圆轨道和远日点处的深空机动，搜索满足匹配条件的发射参数。本发明专利技术通过引入借力机制实现对原有两脉冲转移的扩展，提高半长轴较大或偏心率较大目标的可接近性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于深空探测转移轨道
，涉及一种。
技术介绍
二十世纪九十年代初，美国、欧空局及日本等国家与机构的空间研究单位，再次掀起了旨在加深对太阳系的了解，进一步探索深空奥秘，从而揭示宇宙的演变规律的深空探测活动的高潮。此时，探测目标的重点开始转向太阳系内为数众多的小行星与彗星，即那些体积较小、质量较轻、形状不规则、旋转特性不固定、引力场较弱且分布不均匀的非合作型小天体目标，以及八大行星及其卫星。对于星际探测任务而言，科学探测目标的选择无疑是任务设计与规划的第一步，也是重要的一步。在选择探测目标时，首先要考虑它的可接近性。因此开展星际探测目标的可接近性评价方法研究是非常重要和必要的。目标可接近性的优劣通常是通过实现与目标星的交会任务所需的总的速度增量的大小来评价的。在已有的星际探测目标可接近性评价方法中，在先方法(参见Hulkower，N.D.，Lau，C.O.，and Bender，D.F.，Optimum Two-Impulse Transfer for PreliminaryInterplanetary Trajectory Design，Journal of Guidance，Control and Dynamic，1984，7458-461；Helin，E.F.，Hulkower，N.D.，Bender，D.F.，The Discovery of 1982 DB，the Most Accessible Asteroid Known，Icarus，1984，5742-47；C.O.Lau，N.D.Hulkower，“Accessibility of Near-Earth Asteroids”，Journal of Guidance，Control andDynamic，May-June 1987，10(3)225-232)基于异面非共轴椭圆轨道的最优两脉冲计算方法，给出了通过绘制给定真近点角的最优总的速度增量等高线图与圆锥曲线拼接法相结合来确定目标可接近性的方法。这种方法不但可以求得全局最优的两脉冲转移轨道的解，估算出从地球直接转移至小天体所需的最小两脉冲转移的速度增量，而且这种方法是“时间自由”的。该方法是进行目标选择与可接近性分析的经典方法。在先方法(参见Ettore Perozzi，Alessandro Rossi，Giovanni B.Valsecchi，Basic targeting strategies for rendezvous and flyby missions to the near-Earth asteroids，Planetary and Space Science，2001，493-22；Apostolos A.Christou，The statistics offlight opportunities to accessible near-Earth asteroids，Planetary and Space Science，2003，51221-231；Richard P.Binzel，Ettore Perozzi，Andrew S.Rivkin，AlessandroRossi，Alan W.harris，Schelte J.Bus，Giovanni B.Valsecchi，Stephen M.Slivan，Dynamical and compositional assessment of near-Earth object mission targets，Meteoritics & Planetary Science 39，No.3，351-366，2004)通过采用经典的霍曼转移方法计算交会任务所需的总的速度增量来评价探测目标的可接近性。该方法计算简便，适合于大规模的计算与搜索。随着技术的进步和深空探测任务的进一步开展，对探测目标的选择渐渐趋向于要求探测目标兼备科学价值和技术可实现性。就技术上的可实现性而言，主要考虑它的可接近性。评价探测目标可接近性的在先方法主要有两种一种是通过采用全局最优两脉冲转移方式计算交会任务所需的总的速度增量，另一种是通过采用经典的霍曼转移策略计算交会任务所需的总的速度增量。采用这些经典的两脉冲转移策略，评价的结果是那些轨道与地球相近的小天体的可接近性很好(实现交会任务所需的总的速度增量较小)，而那些具有较大科学价值，但轨道半长轴较大或者偏心率较大的小天体的可接近性很差(实现交会任务所需的总的速度增量和发射能量均很大，已经超出了目前人类技术所能实现的程度)。这就使得任务的设计者很有可能把科学家们认为极具科学价值的目标排除在可选的探测目标之外。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服上述已有方法的技术困难，提供一种设计方式简单，技术上可行的，从而可以解决轨道半长轴较大或者偏心率较大的探测目标的可接近性评价这一难题。本专利技术的包括最优两脉冲转移轨道求取、借力飞行轨道类型选择和借力飞行轨道拼接三个部分。先求取从目标星到发射星体的最优两脉冲转移轨道，把发射星体作为借力星体，两脉冲转移在发射星体处的参数作为借力飞行时的匹配参数，然后采用周期约为发射星体公转周期整数倍的日心大椭圆轨道和远日点处的深空机动，搜索满足匹配条件的发射参数，即反向递推设计策略。具体技术方法为1、，其特征在于所述方法为一、采用异面非共轴椭圆轨道的最优两脉冲计算方法，通过公式(1)～(4)和牛顿迭代方法绘制给定真近点角的最优总的速度增量等高线图，确定全局最优解两脉冲转移可能出现的区域，采用SQP方法得到从目标星体到发射星体的全局最优的两脉冲转移轨道；∂I→1∂pt=±(12pt)(v-zU→1)---(1)]]> v=μpt(r→2-r→1)|r→1×r→2|---(3)]]>z=μpttg(θ2)---(4)]]>式中 和 分别表示发射星体和目标星体位置的单位方向矢量，μ为引力常数，p1为转移轨道的半交弦， 和 分别为初始和末端的位置矢量，θ为角度改变量；二、选择两脉冲转移的发射星体作为借力星体，探测器从发射星体发射进入飞行周期比发射星体公转周期整数倍稍大，近日点半径为发射星体平均公转半径的日心大椭圆轨道，根据目标星体的参数，通过公式(5)～(7)确定日心大椭圆转移轨道的周期P1、远日点速度va、远日点半径rara=rp2vp22μzun-rpvp2---(5)]]>va=vprpra---(6)]]>Pl=π(ra+rp)22μsun---(7)]]> 式中μzun是太阳的引力常数，rp为近日点半径；三、以两脉冲转移在发射星体处的参数作为借力飞行时的匹配参数，采用周期约为发射星体公转周期整数倍的日心大椭圆轨道和调整远日点处的深空机动，在本文档来自技高网...
【技术保护点】
应用借力机制选择星际探测目标的探测器发射方法，其特征在于所述方法为：一、采用异面非共轴椭圆轨道的最优两脉冲计算方法，通过公式（１）～（４）和牛顿迭代方法绘制给定真近点角的最优总的速度增量等高线图，确定全局最优解两脉冲转移可能出现的区 域，采用ＳＱＰ方法得到从目标星体到发射星体的全局最优的两脉冲转移轨道；＊＊↓［１］／＊ｐ↓［１］＝±（１／２ｐ↓［１］）（ｖ－ｚ＊↓［１］）（１）＊＊↓［２］／＊ｐ↓［１］＝＊（１／２ｐ↓［１］）（ｖ＋ｚ＊↓［２］） （２）ｖ＝＊＊＊（３）ｚ＝＊ｔｇ（θ／２）（４）式中：＊↓［１］和＊↓［２］分别表示发射星体和目标星体位置的单位方向矢量，μ为引力常数，ｐ↓［１］为转移轨道的半交弦，＊↓［１］和＊↓［２］分别为初始和末端的位 置矢量，θ为角度改变量；二、选择两脉冲转移的发射星体作为借力星体，探测器从发射星体发射进入飞行周期比发射星体公转周期整数倍稍大，近日点半径为发射星体平均公转半径的日心大椭圆轨道，根据目标星体的参数，通过公式（５）～（７）确定日心大椭 圆转移轨道的周期ｐ↓［１］、远日点速度ν↓［α］、远日点半径ｒ↓［α］：ｒ↓［α］＝ｒ↓［ｐ］↑［２］ν↓［ｐ］↑［２］／２μ↓［ｚｕｎ］－ｒ↓［ｐ］ν↓［ｐ］↑［２］（５）ν↓［α］＝ν↓［ｐ］ｒ↓［ｐ］／ｒ↓［α］ （６）Ｐ↓［１］＝π＊（７）式中：μ↓［ｚｕｎ］是太阳的引力常数，ｒ↓［ｐ］为近日点半径；三、以两脉冲转移在发射星体处的参数作为借力飞行时的匹配参数，采用周期约为发射星体公转周期整数倍的日心大椭圆轨道和调整远日 点处的深空机动，在远日点处施加一个深空机动△ν↓［ｍ］，使得近日点半径小于发射星体的轨道半径，探测器的轨道和发射星体的轨道相切，通过采用Ｃ↓［３］即双曲线超速的平方的方法将不同的轨道段拼接起来，利用公式（８）～（１２）确定探测器深空机动后轨道的长半轴α↓［ｒ］，轨道周期Ｐ↓［１］，偏心率ｅ↓［１］、探测器返回地球的远日点速度ν↓［α］、从发射到与发射星体交会时的飞行时间ｔ↓［ｅ］：ν↓［αｒ］＝ν↓［α］－△ν↓［ｍ］（８）α↓［ｒ］＝１／２／ｒ↓［α］－ （＊）（９）Ｐ↓［ｒ］＝２π＊（１０）ｅ↓［１］＝（ｒ↓［α］／α↓［１］）－１（１１）Ｔ↓［ｅ］＝（Ｐ↓［１］／２）＋（Ｐ↓...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：崔平远，乔栋，崔祜涛，栾恩杰，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。