一种基于气动力辅助的地火循环轨道设计方法技术

一种基于气动力辅助的地火循环轨道设计方法，包括：确定循环周期

【技术实现步骤摘要】
一种基于气动力辅助的地火循环轨道设计方法


[0001]本专利技术涉及一种基于气动力辅助的地火循环轨道设计方法，属于飞行器总体设计

。

技术介绍

[0002]循环轨道是一类周期性往返于地球与目标星之间，在星体附近不做停留的轨道，运行在循环轨道的飞行器无需机动或只需少量机动进行轨道保持，多次往返任务中，飞行器重复使用，因而被认为是适用于未来长期持续大规模深空探测
、
资源开发
、
太空移民的方案
。
[0003]地火循环轨道是地球和火星之间循环飞行的轨道，适用于长期火星探测任务
。
通过将货运飞船布置在地火循环轨道上，使得货运飞船可以长期在地球与火星之间转移
。
采用这种飞行方案，可以将维持人体生命循环的设备或其他的用于空间任务的设备
/
结构长期留在循环轨道上，而不必在将燃料消耗在将这些设备
/
结构反复进入
/
脱离轨道的任务上
。
理想模型下的循环轨道并不能直接在工程上使用，还需要将理想模型下得到循环轨道在更精确的模型下修正优化，最终得到的循环轨道是准周期的，星体间的摄动会使循环轨道逐渐发散，需要额外的燃料消耗以维持循环轨道的长期运行
。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，解决了地火循环轨道出现设计发散的问题
。
[0005]本专利技术目的通过以下技术方案予以实现：
[0006]一种基于气动力辅助的地火循环轨道设计方法，包括：
[0007]确定循环周期
T、
地球到火星的转移时间
T
EM
、
地球初始相位角
φ
E0
、
火星初始相位角
φ
M0
、
火星到地球的转移时间
T
ME
，且满足如下关系：
T
EM
+T
ME
＝
T
；
[0008]根据兰伯特方程，计算出从地球出发的速度
V
Eout
、
接近火星的速度
V
Min
、
从火星出发的速度
V
Mout
、
返回地球的速度
V
Ein
；
[0009]确定飞行器相对火星的接近速度和离开速度，以及飞行器相对地球的接近速度和离开速度，验证满足气动转弯条件后，确定地火循环轨道
。
[0010]本专利技术一实施例中，根据兰伯特方程，通过如下关系：
[0011](V
Eout
,V
Min
)
＝
L(R
E
(0),R
M
(T
EM
),T
EM
)
[0012]其中，
L()
为兰伯特转移方程的求解函数；
[0013]计算出从地球出发的速度
V
Eout
和接近火星的速度
V
Min
。
[0014]本专利技术一实施例中，根据兰伯特方程，通过如下关系：
[0015](V
Mout
,V
Ein
)
＝
L(R
M
(T
EM
),R
E
(T
EM
+T
ME
),T
ME
)
[0016]其中，
L()
为兰伯特转移方程的求解函数；
[0017]计算出从火星出发的速度
V
Mout
和返回地球的速度
V
Ein
。
[0018]本专利技术一实施例中，假设火星
/
地球在
t
时刻的速度为
V(t)。
则飞行器相对该星体的接近速度和离开速度如下
[0019]V
out_R
＝
V
out
‑
V(t)
[0020]V
in_R
＝
V
in
‑
V(t)
[0021]V
out
为从该星体出发的速度，
V
in
为接近或返回该星体的速度
。
[0022]进一步的，定义为接近星体时的引力转弯角，为离开星体时的引力转弯角，
θ
为气动转弯角，为飞行器在星体附近的总转弯角，则有：
[0023][0024]气动转弯角为：
[0025][0026]为了实现气动转弯，上述接近速度
V
in_R
和离开速度
V
out_R
及其之间的总转弯角需要满足如下条件：
[0027]|V
out_R
|
＜
|V
in_R
|
[0028][0029]其中
μ
为中心天体的引力常数，
r
为中心天体的半径
。
[0030]本专利技术一实施例中，确认飞行器在火星和地球处转弯的可行性，若两处均为可行解，以从地球出发的速度
V
Eout
建立出航轨道，以从火星出发的速度
V
Mout
建立归航轨道，两个轨道拼接便可得到气动转弯轨道
。
[0031]进一步的，若两处不均为可行解，则调整地球初始相位角
φ
E0
或火星初始相位角
φ
M0
，直到确认飞行器在火星和地球处转弯均有可行解
。
[0032]本专利技术一实施例中，飞行器相对星体的离开速度小于接近速度
。
[0033]一种基于所述地火循环轨道设计方法的飞行方法，飞行器通过气动力辅助的方式使得飞行器沿地火循环轨道飞行
。
[0034]本专利技术一实施例中，飞行过程中，利用气动力对地火循环轨道进行修正，避免地火循环轨道出现发散的情况
。
[0035]本专利技术相比于现有技术具有如下有益效果：
[0036](1)
本专利技术通过气动力辅助的方式使得地火循环轨道具备更加灵活的调整方式，利用气动力及时对地火循环轨道进行修正，有效避免地火循环轨道出现发散的情况
。
[0037](2)
本专利技术提出了一种轨道设计方法，可快速设计出基于气动力辅助的地火循环轨道
。
[0038](3)
本专利技术通过气动力辅助的方式使得飞行器仅利用气动力便可实现轨道修正，有效避免消耗燃料进行修正的情况，节省飞行器燃料
。
[0039](4)
本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于气动力辅助的地火循环轨道设计方法，其特征在于，包括：确定循环周期
T、
地球到火星的转移时间
T
EM
、
地球初始相位角
φ
E0
、
火星初始相位角
φ
M0
、
火星到地球的转移时间
T
ME
，且满足如下关系：
T
EM
+T
ME
＝
T
；根据兰伯特方程，计算出从地球出发的速度
V
Eout
、
接近火星的速度
V
Min
、
从火星出发的速度
V
Mout
、
返回地球的速度
V
Ein
；确定飞行器相对火星的接近速度和离开速度，以及飞行器相对地球的接近速度和离开速度，验证满足气动转弯条件后，确定地火循环轨道
。2.
根据权利要求1所述的地火循环轨道设计方法，其特征在于，根据兰伯特方程，通过如下关系：
(V
Eout
,V
Min
)
＝
L(R
E
(0),R
M
(T
EM
),T
EM
)
其中，
L()
为兰伯特转移方程的求解函数；计算出从地球出发的速度
V
Eout
和接近火星的速度
V
Min
。3.
根据权利要求1所述的地火循环轨道设计方法，其特征在于，根据兰伯特方程，通过如下关系：
(V
Mout
,V
Ein
)
＝
L(R
M
(T
EM
),R
E
(T
EM
+T
ME
),T
ME
)
其中，
L()
为兰伯特转移方程的求解函数；计算出从火星出发的速度
V
Mout
和返回地球的速度
V
Ein
。4.
根...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙石杰，李萌萌，姜欢，郑宇，许昱，田世超，马祎蕾，郭昊，何湘远，李泓洋，黄程，王璐瑶，郭辰昉，刘逸章，孙京阳，谢飞强，王宜轩，孙嵩膨，饶成龙，
申请(专利权)人：北京临近空间飞行器系统工程研究所，
类型：发明
国别省市：