基于天基激光平台驱动的空间目标变轨计算方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于天基激光平台驱动的空间目标变轨计算方法及其装置，该方法包括以下步骤：步骤S100：获取空间目标的更新位置矢量；步骤S200：根据激光烧蚀冲量和空间目标质量，得到激光烧蚀速度增量；步骤S300：根据初始速度矢量和激光烧蚀速度增量，获得空间目标的驱动速度矢量，根据驱动速度矢量和空间目标的初始位置矢量，得到激光驱动后空间目标的轨道参数。该方法能分析天基激光驱动空间目标的轨道变化效果，能够对激光驱动力对在轨目标产生的变轨效果进行计算。

【技术实现步骤摘要】
基于天基激光平台驱动的空间目标变轨计算方法及其装置
本专利技术涉及一种基于天基激光平台驱动的空间目标变轨计算方法及其装置，属于空间目标激光操控领域。
技术介绍
自1957年人类进人空间时代以来，频繁的航天活动产生了数量庞大的空间碎片，已经严重污染了空间环境，威胁着航天活动的安全。空间碎片主要是指人类在太空活动中遗留在空间中的废弃航天器残骸以及它们因碰撞或爆炸而产生的碎片。空间碎片主要分布在400～2000km的近地轨道(LEO)上，其中尺寸量级在1～10cm的小尺度空间碎片因无法被监测跟踪，并且能对LEO轨道空间目标产生致命的危害，是LEO区域最危险的空间碎片，以下也称空间目标。目前在近地轨道上直径大于10cm，小于100cm的空间目标约有2200多个。直径大于1cm，小于10cm的空间目标数目约为10万个。国内外提出的空间碎片主动移除方案主要有绳系拖拽法、捕获法和激光辐照法三类。激光辐照主动移除空间碎片技术因可同时进行探测和跟瞄，操作简单，响应时间短，可重复使用，且成本较低，是目前国内外移除小尺度空间碎片最有前景的方法，也是当前的研究重点。天基激光清除技术是指，天基卫星平台搭载高能激光系统，通过激光远距离烧蚀目标产生烧蚀羽流喷射，根据动量守恒，使目标获得速度增量，从而减速降轨，最终进入大气层烧毁。在随着激光器技术的不断发展，天基激光清除技术因其不受大气传输效应的影响，捕获跟踪灵活方便等优点成为清除空间碎片的一种新的解决途径。激光驱动法利用高能脉冲激光烧蚀固体靶材产生冲量耦合效应，通过使用脉冲高功率激光辐照空间目标的表面，从而使得光斑区目标表面温度迅速升高，引起空间表面材质的熔化、气化。激光烧蚀产物进一步电离形成等离子体，等离子体迅速向外膨胀，从而对空间目标施加反冲冲量。在反冲冲量的作用下，空间目标的轨道参数发生变化。此种工作机制具有无污染、效率高等优点，应用前景广阔。以激光烧蚀产生的推力实现空间在轨目标远距离非接触式驱动，但该驱动力作用于空间目标后，空间目标轨道可能产生的改变，无法准确测算。
技术实现思路
根据本申请的一个方面，提供了一种基于天基激光平台驱动的空间目标变轨计算方法，该方法可根据天基激光平台所处轨道和空间目标所处轨道，测算出经过天基激光平台驱动后，空间目标之后的轨道，从而为准确捕获空间目标提供条件。所述基于天基激光平台驱动的空间目标变轨计算方法，包括以下步骤：步骤S100：分别获取初始时刻空间目标和所述天基激光平台的初始位置矢量和初始速度矢量，启动所述天基激光平台驱动所述空间目标，获取所述空间目标的更新位置矢量；步骤S200：由所述空间目标的更新位置矢量和所述天基激光平台的初始位置矢量，得到激光烧蚀冲量方向，根据所述天基激光平台输出激光能量、所述空间目标材料的冲量耦合系数得到激光烧蚀冲量，根据所述激光烧蚀冲量和所述空间目标质量，得到激光烧蚀速度增量；步骤S300：根据所述初始速度矢量和所述激光烧蚀速度增量，获得所述空间目标的驱动速度矢量，根据所述驱动速度矢量和所述空间目标的所述初始位置矢量，得到激光驱动后所述空间目标的轨道参数。可选的，所述天基激光平台与所述空间目标之间的距离不超过50km。可选的，所述天基激光平台产生单脉冲或多次脉冲。可选的，所述基于天基激光平台驱动的空间目标变轨计算方法还包括以下步骤：步骤S400：判断所述变轨后的轨道参数是否满足预定轨道参数，如果满足则结束，如果不满足，则调整所述天基激光平台输出激光的驱动力值和所述速度增量方向，重复步骤S100～300。可选的，根据初始时刻所述天基激光平台和所述空间目标所处轨道信息计算所述初始位置矢量和所述初始速度矢量。可选的，所述空间目标的尺寸为1～10cm。可选的，所述天基激光平台产生的激光脉宽为1纳秒至100纳秒，激光功率密度不小于108W/cm2。本专利技术的另一方面还提供了一种基于天基激光平台驱动的空间目标变轨计算装置，包括：启动测算模块，用于分别获取初始时刻空间目标和所述天基激光平台的初始位置矢量和初始速度矢量，启动所述天基激光平台驱动所述空间目标，获取所述空间目标的更新位置矢量；激光烧蚀速度增量测算模块，用于由所述空间目标的更新位置矢量和所述天基激光平台的初始位置矢量，得到激光烧蚀冲量方向，根据所述天基激光平台输出激光能量、所述空间目标材料的冲量耦合系数得到激光烧蚀冲量，根据所述激光烧蚀冲量和所述空间目标质量，得到激光烧蚀速度增量；更新轨道模块，用于根据所述初始速度矢量和所述激光烧蚀速度增量，获得所述空间目标的驱动速度矢量，根据所述驱动速度矢量和所述空间目标的所述初始位置矢量，得到激光驱动所述空间目标的轨道参数。可选的，还包括控制模块，用于判断所述变轨后的轨道参数是否满足预定轨道参数，如果满足则结束，如果不满足，则调整所述天基激光平台输出激光的驱动力值和所述速度增量方向，返回所述启动测算模块。可选的，初始测算模块，用于根据初始时刻所述天基激光平台和所述空间目标所处轨道信息计算所述初始位置矢量和所述初始速度矢量。本专利技术的有益效果包括但不限于：(1)本专利技术所提供的基于天基激光平台驱动的空间目标变轨计算方法及其装置，该方法提供了一种激光驱动空间目标变轨分析方法，能分析天基激光驱动空间目标的轨道变化结果，激光驱动力作用于在轨目标后，该方法能够计算在轨目标变轨后的轨道结果。(2)本专利技术所提供的基于天基激光平台驱动的空间目标变轨计算方法及其装置，能够为进一步设计天基激光载荷参数提供依据。(3)本专利技术所提供的基于天基激光平台驱动的空间目标变轨计算方法及其装置，通过对空间目标受力情况进行分析，根据空间目标变轨后所处轨道进行分析，根据所得轨道情况，对空间目标进行控制，以使其能根据指令进入预定轨道完成回收或捕获。附图说明图1是本专利技术所提供的基于天基激光平台驱动的空间目标变轨计算方法流程示意框图；图2是本专利技术优选实施例中空间目标异面变轨初始状态示意图；图3是轨道坐标系及变轨后空间目标轨道示意图；图4是本专利技术优选实施例中激光驱动空间目标速度增量示意图。图例说明：具体实施方式下面结合实施例详述本专利技术，但本专利技术并不局限于这些实施例。参见图1，本专利技术提供的基于天基激光平台驱动的空间目标变轨计算方法，包括以下步骤：步骤S100：分别获取初始时刻空间目标和所述天基激光平台的初始位置矢量和初始速度矢量，启动所述天基激光平台驱动所述空间目标，获取所述空间目标的更新位置矢量；未开启天基激光平台时，空间目标和天基激光平台处于地心惯性坐标系下，本文所建立地心惯性坐标系为OE-XIYIZI，原点位于地心OE，OEXI轴指向平春分点，OEZI垂直于赤道平面，与地球自转轴重合且指向北极，OEYI轴位于赤道平面内，方向满足右手直角坐标系准则。空间目标沿某一轨道飞行，其轨道根数为σ1＝(a1,e1,i1,Ω1,ω1,M01)，其中，a1为空间目标轨道半长轴，e1为空间目标轨道偏心率，i1为空间目标轨道倾角，Ω1为空间目标轨道升交点赤经，ω1为空间目标近地点幅角，M01为空间目标平近点角。天基激光平台沿另一轨道飞行，其轨道根数为σ2＝(a2,e2,i2,Ω2,ω2,M02)。其中，a2为天基激光平台轨道半长轴，e2为天基激光平台轨道偏心率，i2为天基激光平台轨道倾角，Ω本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于天基激光平台驱动的空间目标变轨计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S100：分别获取初始时刻空间目标和所述天基激光平台的初始位置矢量和初始速度矢量，启动所述天基激光平台驱动所述空间目标，获取所述空间目标的更新位置矢量；步骤S200：由所述空间目标的更新位置矢量和所述天基激光平台的初始位置矢量，得到激光烧蚀冲量方向，根据所述天基激光平台输出激光能量、所述空间目标材料的冲量耦合系数得到激光烧蚀冲量，根据所述激光烧蚀冲量和所述空间目标质量，得到激光烧蚀速度增量；步骤S300：根据所述初始速度矢量和所述激光烧蚀速度增量，获得所述空间目标的驱动速度矢量，根据所述驱动速度矢量和所述空间目标的所述初始位置矢量，得到激光驱动后所述空间目标的轨道参数。

【技术特征摘要】
1.一种基于天基激光平台驱动的空间目标变轨计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S100：分别获取初始时刻空间目标和所述天基激光平台的初始位置矢量和初始速度矢量，启动所述天基激光平台驱动所述空间目标，获取所述空间目标的更新位置矢量；步骤S200：由所述空间目标的更新位置矢量和所述天基激光平台的初始位置矢量，得到激光烧蚀冲量方向，根据所述天基激光平台输出激光能量、所述空间目标材料的冲量耦合系数得到激光烧蚀冲量，根据所述激光烧蚀冲量和所述空间目标质量，得到激光烧蚀速度增量；步骤S300：根据所述初始速度矢量和所述激光烧蚀速度增量，获得所述空间目标的驱动速度矢量，根据所述驱动速度矢量和所述空间目标的所述初始位置矢量，得到激光驱动后所述空间目标的轨道参数。2.根据权利要求1所述的基于天基激光平台驱动的空间目标变轨计算方法，其特征在于，所述天基激光平台与所述空间目标之间的距离不超过50km。3.根据权利要求1所述的基于天基激光平台驱动的空间目标变轨计算方法，其特征在于，所述天基激光平台产生单脉冲或多次脉冲。4.根据权利要求1～3中任一项所述的基于天基激光平台驱动的空间目标变轨计算方法，其特征在于，所述基于天基激光平台驱动的空间目标变轨计算方法还包括以下步骤：步骤S400：判断变轨后的轨道参数是否满足预定轨道参数，如果满足则结束，如果不满足，则调整所述天基激光平台输出激光的驱动力值和所述速度增量方向，重复步骤S100～300。5.根据权利要求1所述的基于天基激光平台驱动的空间目标变轨计算方法，其特征在于，根据初始时刻所述天基激光平台和所述空间目标所处轨道信息计算所述初始位置矢量和所述初始速度...

【专利技术属性】
技术研发人员：常浩，金星，叶继飞，李南雷，周伟静，
申请(专利权)人：中国人民解放军战略支援部队航天工程大学，
类型：发明
国别省市：北京,11