一种卫星化学推进变轨方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种卫星化学推进变轨方法及系统，其中的方法包括：根据发动机推力及单次推进时长约束，选取卫星从GTO向GEO化学推进变轨的停泊轨道；根据所述GTO、GEO和各停泊轨道的轨道参数，分别计算每次变轨所需的速度增量和推力方向；根据所述速度增量计算每次变轨的机动时间和机动开始时刻。本发明专利技术将各次变轨的机动开始时刻、机动时间和推力方向作为初值进行分次优化，从而得到了单观测站约束情况下由GTO至GEO的轨道转移的高精度化学推进解。本发明专利技术具有较强的普适性，并且能够较为容易地扩展到至IGSO轨道的转移。

【技术实现步骤摘要】
一种卫星化学推进变轨方法及系统
本专利技术涉及卫星轨道控制领域，具体涉及一种卫星化学推进变轨方法及系统。
技术介绍
导航卫星(例如北斗卫星)通常位于地球静止轨道GEO或者倾斜地球同步轨道IGSO。从地面发射之后，运载器将卫星转移至地球同步转移轨道GTO轨道，之后卫星利用自身的推进系统完成GEO/IGSO的入轨飞行。航天时代以来，化学推进一直是航天器轨道机动的主力。虽然近些年电推进逐渐崛起，但是在可见的未来里，化学推进依旧有推力大，机动时间短等难以替代的优势。在轨道的转移过程中，化学推进能使航天器较快入轨。由于化学推进的上述优势，在解决变轨问题时，常使用脉冲假设简化问题。论文“Ananalyticalstudyoftheimpulsiveapproximation.AIAAJournal,Vol.4,No.8(1966),pp.1417-1423.”中给出了脉冲假设的理论依据，说明在化学推进弧段较短时与理想脉冲假设误差较小。因此对于无约束的GTO至GEO的轨道转移，理想情况下可通过一次远地点机动完成。而在实际工程任务里，转移过程常有测控、单次最大点火时长、化学推进弧段误差等诸多约束。目本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种卫星化学推进变轨方法，针对卫星从地球同步转移轨道GTO向地球静止轨道GEO采用化学推进变轨的场景，其特征在于，包括：步骤1、根据发动机推力及单次最大推进时长约束，依次选择一个或者多个变轨过程中的停泊轨道；步骤2、根据所述GTO、GEO和各停泊轨道的轨道参数，分别计算每次变轨所需的速度增量；步骤3、根据所述速度增量确定每次变轨的推力方向；步骤4、根据所述速度增量计算每次变轨的机动时间；步骤5、根据所述机动时间计算每次变轨的机动开始时刻；步骤6、按照所述机动时间、机动开始时刻和推力方向实施变轨。

【技术特征摘要】
1.一种卫星化学推进变轨方法，针对卫星从地球同步转移轨道GTO向地球静止轨道GEO采用化学推进变轨的场景，其特征在于，包括：步骤1、根据发动机推力及单次最大推进时长约束，依次选择一个或者多个变轨过程中的停泊轨道；步骤2、根据所述GTO、GEO和各停泊轨道的轨道参数，分别计算每次变轨所需的速度增量；步骤3、根据所述速度增量确定每次变轨的推力方向；步骤4、根据所述速度增量计算每次变轨的机动时间；步骤5、根据所述机动时间计算每次变轨的机动开始时刻；步骤6、按照所述机动时间、机动开始时刻和推力方向实施变轨。2.一种卫星化学推进变轨方法，针对卫星从地球同步转移轨道GTO向倾斜地球同步轨道IGSO采用化学推进变轨的场景，其特征在于，假设GTO的近地点与远地点位于IGSO内，以IGSO轨道作为赤道面，重新定义轨道倾角：其中，npark与nIGSO分别是停泊轨道与IGSO轨道平面的法向量，表示如下：其中I(·)，Ω(·)分别为相应轨道的升交点赤经与轨道倾角；则所述方法包括：步骤1、根据发动机推力及单次最大推进时长约束，依次选择一个或者多个变轨过程中的停泊轨道；步骤2、根据所述GTO、IGSO和各停泊轨道的轨道参数，分别计算每次变轨所需的速度增量；步骤3、根据所述速度增量确定每次变轨的推力方向；步骤4、根据所述速度增量计算每次变轨的机动时间；步骤5、根据所述机动时间计算每次变轨的机动开始时刻；步骤6、按照所述机动时间、机动开始时刻和推力方向实施变轨。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤1具体包括：·步骤1.1、按照下列匹配关系确定所述各个停泊轨道的轨道周期：其中，Tpark为停泊轨道的轨道周期，TEarth为地球自转周期，n与m为互质整数，且n<m；步骤1.2、根据所述轨道周期计算本次变轨的停泊轨道的远地点速度；步骤1.3、判断所述远地点速度是否满足所述发动机推力及单次最大推进时长约束，若是则继续选择下一次变轨的停泊轨道的轨道周期，直至变轨完成，否则重新确定本次变轨的停泊轨道的轨道周期。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：分别计算变轨过程中GTO、各个停泊轨道和GEO中的相邻轨道的远地点速度矢量之差。5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：通过下式计算每次变轨的机动时间：其中，i＝1...N，N为变轨次数，Δti为第i次变轨的机动时间，mi为卫星在第i次变轨前的整星质量，Δvi为第i次变轨所需的速度增量，||·||为取模，F为发动机推力，g为海平面重力加速度，Isp为比冲。6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤5具体包括：分别将每次变轨前卫星所在轨道的远地点时刻减去所述机动时间的一半，得到每次变轨的机动开始时刻。7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述步骤5和步骤6之间，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张皓，杨驰航，王文彬，石恒，郭建新，
申请(专利权)人：中国科学院空间应用工程与技术中心，
类型：发明
国别省市：北京,11