【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于航天技术及其应用的。
技术介绍
1、在对小行星防御的研究领域中，已提出许多方案，而其中最为成熟的方案之一即是使用撞击器直接撞击法，该方法能有效改变小行星轨道，而深空撞击探测器研制和发射的经济成本和人力成本都是异常昂贵的，因此，通过实际深空实验的方式对深空撞击探测器进行测试是不现实而且成本昂贵的，目前，小行星防御是一个正在研究和讨论的领域，并没有实际部署过撞击器拦截系统或其他系统。而国际上也正进行了一些模拟和实验来评估这些方法的有效性。基于上述所述，撞击器轨道仿真对于构建小行星防御系统具有较大研究与应用价值。
2、太空中的探测器飞行全过程仿真是一种复杂而关键的计算技术，它模拟了探测器从发射到任务结束的所有关键环节，确保太空任务的成功。这种仿真不仅涵盖了轨道设计、引力互相作用、火箭推进、姿态控制、以及天体导航等方面，还包括传感器性能、通信链路、太空环境影响等多个关键因素。通过精确模拟这些环节，能够预测探测器的运行情况，解决可能出现的问题，并最大程度地减小任务风险。有助于优化任务设计、提高飞行器性能、确保目标达成。因此，探测器飞行全过程仿真在太空任务的规划、执行和数据分析中发挥着不可或缺的关键作用。
3、深空撞击器属于小型空间飞行器，内部电单机高度小型化、集成化，在开展地面等效试验验证前后，需要对其综合性能指标进行测试验证，因此需要建立一套撞击器地面综合测试系统，结合部分可视化设备，以便于进行测试及飞行全过程的演示验证。对于撞击任务场景而言，航天器与撞击器在深空环境下将会面对复杂的力学环境，仿真过
技术实现思路
1、本专利技术是为了解决现有小行星撞击模拟过程存在精度和稳定性差的问题，现提供一种基于动力学的目标小行星和撞击器撞击轨道仿真方法。
2、本专利技术所述基于动力学的目标小行星和撞击器撞击轨道仿真方法，包括：
3、步骤一、利用星历解算算法对小行星星历进行解算，获得小行星在太阳黄道惯性系的位置矢量，建立小行星轨道动力学方程，将所述位置矢量代入所述小行星轨道动力学方程，递推获取小行星的运动轨道模型；
4、步骤二、设置撞击器的初始三维位置和速度，根据所述撞击器的初始三维位置计算撞击器所在位置所受引力产生的加速度；
5、步骤三、建立撞击器轨道动力学方程，将所述撞击器的初始三维位置、速度和加速度代入撞击器轨道动力学方程，结合目标小行星的运动轨道模型，递推获取撞击器初始位置到距离目标小行星skm的首段轨道模型；
6、步骤四、利用所述首段轨道模型，获取撞击器位于距离目标小行星skm时的三维位置和速度，结合撞击器位于距离目标小行星skm时所受力产生的加速度和撞击器姿态动力学方程，建立撞击器末段的全动力学方程，获取撞击器距离目标小行星skm位置至撞击器与目标小行星撞击点之间的轨道模型，其中，s为正数，优选的s为30000。
7、进一步地，本专利技术中，步骤一中，小行星轨道动力学方程为：
8、
9、
10、式中，r1为小行星在太阳黄道惯性系的位置矢量，v1为小行星的速度矢量，a1为小行星的加速度矢量，u为撞击器撞击小行星后，对小行星施加的作用力造成的加速度；为小行星太阳黄道惯性系的位置矢量r1的倒数的导数，为小行星的速度矢量v1的导数；
11、其中，
12、a1＝asun+aplanet+amoon+aasteroid+aj2+apn
13、式中，asun为小行星受太阳引力产生的加速度；aplanet为小行星受八大行星引力产生的加速度；aasteroid为小行星受冥王星和四个最大的小行星引力产生的加速度，aj2为小行星受太阳扁率摄动产生的加速度，apn为小行星受星云引力产生的加速度。
14、进一步地，本专利技术中，步骤三中，首段轨道模型所受力产生的加速度包括：受中心天体摄动产生的加速度、受太阳光压摄动产生的加速度和受第三体摄动产生的加速度；
15、步骤四中，末段轨道模型所受力产生的加速度包括：受中心天体摄动产生的加速度、受太阳光压摄动产生的加速度、受第三体摄动产生的加速度和撞击器的喷管喷射产生的加速度。
16、进一步地，本专利技术中，所述撞击器受中心天体摄动产生的加速度acenter为：
17、
18、式中：μ为太阳引力常数；r2为撞击器相对中心天体的矢径，所述中心天体为太阳
19、撞击器受太阳光压摄动产生的加速度asr为：
20、
21、式中：cr为太阳辐射压力系数；r2为撞击器相对中心天体参考系的矢径；rs为中心天体相对中心天体参考系的矢径；au为1天文单位；psr为太阳常数；asr为撞击器承受光压作用的有效截面积；m为撞击器的质量；
22、撞击器受第三体摄动产生的加速度为a3b，其中第d个第三体摄动产生的加速度：
23、
24、式中：μd为第三体引力常数；rd为第三体相对中心天体参考系的矢径；
25、撞击器喷管喷射产生的加速度为：
26、式中：ui为喷管i的开关状态；a为撞击器本体系到中心天体惯性系的转换矩阵；为撞击器体系下第i个喷嘴产生的加速度；n为撞击器喷管的数目。
27、进一步地，本专利技术中，撞击器本体系到中心天体惯性系的转换矩阵a：
28、a＝a1a2a3
29、
30、
31、
32、式中：ψ为z轴转角；a1为相对z轴的变换矩阵；θ为y轴转角；a2为相对y轴的变换矩阵；为x轴转角；a3为相对x轴的变换矩阵；
33、撞击器体系下各轴喷嘴产生的加速度为：
34、式中：为第i个喷嘴产生的推力；m为撞击器当前的质量。
35、进一步地，本专利技术中，步骤三中，撞击器初始位置到距离目标小行星skm的首段轨道模型为：
36、
37、其中，为撞击器相对中心天体的矢径r2的倒数的导数，为撞击器的速度矢量v2的导数。
38、进一步地，本专利技术中，步骤三中，递推获得撞击器初始位置到距离目标小行星skm的首段轨道模型采用八阶龙格库塔公式实现。
39、进一步地，本本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于动力学的目标小行星和撞击器轨道仿真方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于动力学的目标小行星和撞击器轨道仿真方法，其特征在于，步骤一中，小行星轨道动力学方程为：
3.根据权利要求2所述的基于动力学的目标小行星和撞击器轨道仿真方法，其特征在于，步骤三中，首段轨道模型所受力产生的加速度包括：受中心天体摄动产生的加速度、受太阳光压摄动产生的加速度和受第三体摄动产生的加速度；
4.根据权利要求3所述的基于动力学的目标小行星和撞击器轨道仿真方法，其特征在于，所述撞击器受中心天体摄动产生的加速度acenter为：
5.根据权利要求4所述的基于动力学的目标小行星和撞击器轨道仿真方法，其特征在于，撞击器本体系到中心天体惯性系的转换矩阵A：
6.根据权利要求4所述的基于动力学的目标小行星和撞击器轨道仿真方法，其特征在于，步骤三中，撞击器初始位置到距离目标小行星Skm的首段轨道模型为：
7.根据权利要求6所述的基于动力学的目标小行星和撞击器轨道仿真方法，其特征在于，步骤三中，递推获得撞击器初始位置到距离目标
8.根据权利要求6所述的基于动力学的目标小行星和撞击器轨道仿真方法，其特征在于，步骤三中，距离目标小行星Skm的确定方法为：
9.根据权利要求6所述的基于动力学的目标小行星和撞击器轨道仿真方法，其特征在于，步骤四中，撞击器的姿态动力学模型为：
10.根据权利要求6所述的基于动力学的目标小行星和撞击器轨道仿真方法，其特征在于，撞击器末段的全动力学方程为：
...【技术特征摘要】
1.基于动力学的目标小行星和撞击器轨道仿真方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于动力学的目标小行星和撞击器轨道仿真方法，其特征在于，步骤一中，小行星轨道动力学方程为：
3.根据权利要求2所述的基于动力学的目标小行星和撞击器轨道仿真方法，其特征在于，步骤三中，首段轨道模型所受力产生的加速度包括：受中心天体摄动产生的加速度、受太阳光压摄动产生的加速度和受第三体摄动产生的加速度；
4.根据权利要求3所述的基于动力学的目标小行星和撞击器轨道仿真方法，其特征在于，所述撞击器受中心天体摄动产生的加速度acenter为：
5.根据权利要求4所述的基于动力学的目标小行星和撞击器轨道仿真方法，其特征在于，撞击器本体系到中心天体惯性系的转换矩阵a：
6.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：张永强，刘辉，韩柠，段耀武，柳树暄，丁明理，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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