一种空间飞行器长期自主低燃耗伴飞方法技术

本发明专利技术公开了一种空间飞行器长期自主低燃耗伴飞方法，该方法包含：S1、设定伴飞参数，设置空间飞行器的初始飘远模式、初始飘近模式和自由飘飞控制模式，当空间飞行器初始进入伴飞状态时，若其未靠近伴飞边界，则进入自由飘飞控制模式，若其靠近伴飞边界，则进入初始飘远模式或初始飘近模式，进而转为自由飘飞控制模式；S2、伴飞切向控制；S3、伴飞径向控制，其包含对轨道系z轴相对速度进行调整；S4、伴飞法向控制，其包含对轨道系y轴相对速度进行调整。其优点是：该方法采用星上自主的开环控制方式，可通过设定伴飞边界值和相关控制参数，使空间飞行器在给定伴飞区域内对目标星进行长时间的低燃耗伴飞，可大幅提升空间飞行器的使用寿命。命。命。

【技术实现步骤摘要】
一种空间飞行器长期自主低燃耗伴飞方法


[0001]本专利技术涉及空间在轨服务
，具体涉及一种对目标实现空间飞行器长期自主低燃耗伴飞的方法。

技术介绍

[0002]随着航天技术应用领域的飞速拓展，空间在轨服务受到越来越多的重视，针对目标的长期自主伴飞任务也逐渐成为了服务飞行器即空间飞行器的必要功能。长时间伴飞过程中，服务飞行器所消耗的燃料，决定着服务飞行器在轨服务的成本。
[0003]目前空间飞行器的伴飞方式大致有两种：第一种为地面导引方式，由地面支持测控出空间飞行器针对目标星的相对运动状态，继而推算出长时间的自由漂移情况，将策略传给星上进行轨道调整；第二种为星上闭环伴飞控制，采用LQG控制算法，将星上相对导航输入的相对运动状态经算法处理后转为控制输出。然而前种方式不能实现星上自主，而后种方式由于连续喷气，消耗巨大，不适应于长时间的伴飞。因此，需要对现有的伴飞方式进行改进。
[0004]可以理解的是，上述陈述仅提供与本专利技术有关的
技术介绍
，而并不必然地构成现有技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种空间飞行器长期自主低燃耗伴飞方法，该方法采用星上自主的开环控制方式，可通过设定伴飞边界值和相关控制参数，使空间飞行器在给定伴飞区域内对目标飞行器即目标星进行长时间的低燃耗伴飞，可大幅提升空间飞行器的使用寿命。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现：
[0007]一种空间飞行器长期自主低燃耗伴飞方法，包含：
[0008]S1、设定伴飞参数，设置空间飞行器的初始飘远模式、初始飘近模式和自由飘飞控制模式，当空间飞行器初始进入伴飞状态时，若其未靠近伴飞边界，则进入自由飘飞控制模式，若其靠近伴飞边界，则进入初始飘远模式或初始飘近模式，进而达到进入自由飘飞控制模式的条件，转为自由飘飞控制模式；
[0009]S2、伴飞切向控制，其包含对轨道系x轴相对速度进行调整；
[0010]S3、伴飞径向控制，其包含对轨道系z轴相对速度进行调整；
[0011]S4、伴飞法向控制，其包含对轨道系y轴相对速度进行调整。
[0012]可选的，所述伴飞参数包含：伴飞区域相关边界值、一轨漂移阈值、平面外控制阈值。
[0013]可选的，所述S2中，伴飞切向控制包含触碰伴飞边界值时的回飘控制和未触碰伴飞边界值时的调整控制，所述回飘控制为在服务飞行器触碰伴飞边界后，触发条件并施加控制使空间飞行器回飘至伴飞区域内，所述调整控制为自由飘飞一轨后进行半长轴调增控
制以减小一轨漂移距离。
[0014]可选的，若|x|<X_near，空间飞行器进入初始飘远模式，空间飞行器喷气远离目标星，速度增量为k
p
Δv
p
‑
v
x
；
[0015]若X_near≤|x|≤X_far，空间飞行器进入初始维持状态，空间飞行器维持轨道，速度增量为
‑
v
x
；
[0016]若|x|＞X_far，空间飞行器进入初始飘近模式，空间飞行器喷气飘近目标星，速度增量为
‑
k
p
Δv
p
‑
v
x
；
[0017]其中，x为空间飞行器相对于目标星在x轴的实时坐标，X_near和X_far分别为所定义的伴飞区域的近边界和远边界，Δv
p
为设定的固定值，v
x
表示当前相对导航输出x轴的相对速度，k
p
为标定系数。
[0018]可选的，所述S2中，记录空间飞行器进入停控飘飞时初始时刻系统时间和当前的两星沿x轴相对位置：[t0，x0]，一个轨道周期后记录两星沿x轴的相对位置为x1，计算一轨的漂移量：delt_x＝x1‑
x0；
[0019]若|2
·
x1‑
x0|≥X_far，空间飞行器进行喷气靠近目标星，速度增量Δv为
[0020][0021]若|2
·
x1‑
x0|＜X_near，空间飞行器进行喷气远离目标星，速度增量Δv为
[0022][0023]其中，a
M
为空间飞行器的半长轴，μ为引力常数，k
p
为标定系数，Δv
p
为设定的固定值。
[0024]可选的，Δv
p
＝0.05m/s；
[0025]和/或，当空间飞行器初始在目标星后方时，k
p
＝1；当空间飞行器初始在目标星前方时，k
p
＝
‑
1。
[0026]可选的，所述S3中，对轨道系z轴相对速度进行调整，进而调节伴飞椭圆的构形大小，实时计算伴飞椭圆短半轴BF_Tyb：
[0027][0028]其中，R
MT
(3)和V
MT
(3)分别为相对导航输出的z轴相对位置和相对速度，ω为空间飞行器的角速度；
[0029]当BF_Tyb＞z
max
时，沿x轴喷气执行时，空间飞行器进行喷气控制靠近目标星，速度增量为Δv
z
＝
‑
v
z
，其中，z
max
为设定的z向最大漂移距离。
[0030]可选的，z
max
＝50m。
[0031]可选的，所述S4中，通过对轨道系y轴相对速度进行调整，降低轨道平面外的漂移量；
[0032]若|R
MT
(2)|＞y
max
，记y
max
＝|R
MT
(2)|，以更新y
max
，
[0033]当|R
MT
(2)|≤y向预设阈值时，空间飞行器进行喷气控制远离目标星，速度增量Δ
v
y
为
[0034][0035]其中，R
MT
(2)为相对导航输出的y轴相对位置，y
max
为设定的y向最大漂移距离，a
M
为空间飞行器的半长轴，μ为引力常数。
[0036]可选的，y
max
＝50m；
[0037]和/或，|R
MT
(2)|≤2m。
[0038]本专利技术与现有技术相比具有以下优点：
[0039]本专利技术的一种空间飞行器长期自主低燃耗伴飞方法中，该方法采用星上自主的开环控制方式，可通过设定伴飞边界值和相关控制参数，使空间飞行器在给定伴飞区域内对目标飞行器即目标星进行长时间的低燃耗伴飞，可大幅提升空间飞行器的使用寿命。
[0040]进一步的，该方法定义明确，具有普遍适应性：该方法通过设置伴飞边界值及少数控制参数，可实现针对目标星任意区域的伴飞，具有一定的普遍适应性。
[0041]进一步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空间飞行器长期自主低燃耗伴飞方法，其特征在于，包含：S1、设定伴飞参数，设置空间飞行器的初始飘远模式、初始飘近模式和自由飘飞控制模式，当空间飞行器初始进入伴飞状态时，若其未靠近伴飞边界，则进入自由飘飞控制模式，若其靠近伴飞边界，则进入初始飘远模式或初始飘近模式，进而达到进入自由飘飞控制模式的条件，转为自由飘飞控制模式；S2、伴飞切向控制，其包含对轨道系x轴相对速度进行调整；S3、伴飞径向控制，其包含对轨道系z轴相对速度进行调整；S4、伴飞法向控制，其包含对轨道系y轴相对速度进行调整。2.如权利要求1所述的空间飞行器长期自主低燃耗伴飞方法，其特征在于，所述伴飞参数包含：伴飞区域相关边界值、一轨漂移阈值、平面外控制阈值。3.如权利要求1所述的空间飞行器长期自主低燃耗伴飞方法，其特征在于，所述S2中，伴飞切向控制包含触碰伴飞边界值时的回飘控制和未触碰伴飞边界值时的调整控制，所述回飘控制为在空间飞行器触碰伴飞边界后，触发条件并施加控制使空间飞行器回飘至伴飞区域内，所述调整控制为自由飘飞一轨后进行半长轴调增控制以减小一轨漂移距离。4.如权利要求1所述的空间飞行器长期自主低燃耗伴飞方法，其特征在于，若|x|＜X_near，空间飞行器进入初始飘远模式，空间飞行器喷气远离目标星，速度增量为k
p
Δv
p
‑
v
x
；若X_near≤|x|≤X_far，空间飞行器进入初始维持状态，空间飞行器维持轨道，速度增量为
‑
v
x
；若|x|＞X_far，空间飞行器进入初始飘近模式，空间飞行器喷气飘近目标星，速度增量为
‑
k
p
Δv
p
‑
v
x
；其中，x为空间飞行器相对于目标星在x轴的实时坐标，X_near和X_far分别为所定义的伴飞区域的近边界和远边界，Δv
p
为设定的固定值，v
x
表示当前相对导航输出x轴的相对速度，k
p
为标定系数。5.如权利要求1所述的空间飞行器长期自主低燃耗伴飞方法，其特征在于，所述S2中，记录空间飞行器进入停控飘飞时初始时刻系统时间和当前的两星沿x轴相对位置：[t0，x0]，一个轨道周期后记录两星沿x轴的相对位置为x1，计算一轨的漂移量：delt_x＝x1‑
x0；若|2
·
x1‑
x0|X_far，空间飞行器进行喷气靠近...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚腾上，张抒扬，刘昌昊，华耿湃，周彬，
申请(专利权)人：上海航天控制技术研究所，
类型：发明
国别省市：