CN107633142A - 相对运动轨道构型的模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种相对运动轨道构型的模拟方法，其包括如下步骤：步骤一，设计低轨轨道的近地点高度和远地点高度，满足不同的交会速度如100m/s，200m/s，及300m/s；步骤二，设计合理的近地点幅角，使得双星椭圆轨道交会点在我国上空，满足测控弧段要求；步骤三，设计两星距离，使得第一星在相对运动椭圆半长轴的合适位置，可调整交会时刻的两星距离；步骤四，拟定试验步骤，从变轨、跟踪、指向、试验的先后顺序，分解试验内容等。本发明遵行先易后难的原则，双星运行在低轨轨道，创新性的利用近地点幅角相差半周的椭圆轨道，调节双椭圆不同的远地点高度获得不同的相对运动速度，调节双星在两轨道交会处的距离获得不同的相对运动角速度。

Description

相对运动轨道构型的模拟方法

技术领域

本发明涉及一种模拟方法，特别是涉及一种相对运动轨道构型的模拟方法。

背景技术

高轨轨道在轨碎片清除任务包括探测跟踪和识别太空碎片、监测太空环境、对碎片进行抓捕清除，为了高效的抵近到碎片目标附近，设想利用零倾角椭圆轨道对高轨碎片等目标进行交会访问，在椭圆轨道的远地点接近高轨目标，先期在低轨开展模拟高轨交会的验证试验，利用低轨共面双椭圆交会轨道模拟椭圆轨道对高轨轨道的相对交会运动工况，验证对目标的大动态测量与轨道预报等技术。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种相对运动轨道构型的模拟方法，其能通过对椭圆轨道对高轨高轨轨道碎片的相对运动情况分析，计算相对运动的周期、角速度、速度、距离变化情况，分析构建一种双星轨道来模拟这种交会运动，以较高性价比验证椭圆轨道对高轨轨道的相对运动情况，遵行先易后难的原则，双星运行在低轨轨道，创新性的利用近地点幅角相差半周的椭圆轨道，调节双椭圆不同的远地点高度获得不同的相对运动速度，调节双星在两轨道交会处的距离获得不同的相对角速度，通过这样一种模拟未来零倾角椭圆轨道对高轨轨道的交会工况，不论从相对运动的速度和角速度都满足模拟的要求，相当于以较低代价在低轨验证了高轨的交会工况，该方法具有重要的应用价值。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种相对运动轨道构型的模拟方法，其包括如下步骤：

步骤一，设计低轨轨道的近地点高度和远地点高度，满足不同的交会速度；

步骤二，设计合理的近地点幅角，使得双星椭圆轨道交会点在我国上空，满足测控弧段要求；

步骤三，设计两星距离，使得第一星在相对运动椭圆半长轴的合适位置，可调整交会时刻的两星距离；

步骤四，拟定试验步骤，从变轨、跟踪、指向、试验的先后顺序，分解试验内容；

步骤五，在STK里进行相对运动的仿真，验证设计正确性。

优选地，所述步骤一中计算交会点的相对运动速度dv＝v_LE0*de，因此对应100m/s速度差时，近地点幅角相差180°的双星，偏心率应为100/7635/2＝0.007。

优选地，所述步骤二中计算交会点的纬度幅角与第一星或者第二星近地点幅角的对应关系。

优选地，所述步骤三中调整交会时刻的相对距离关系，设置第一星在相对运动椭圆半长轴上的不同位置来实现。

优选地，所述步骤五通过建立STK场景，输入卫星轨道参数，拉出相对运动构型图、数据及曲线。

本发明的积极进步效果在于：本发明通过对椭圆轨道对高轨高轨轨道碎片的相对运动情况分析，计算相对运动的周期、角速度、速度、距离变化情况，分析构建一种双星轨道来模拟这种交会运动，以较高性价比验证椭圆轨道对高轨轨道的相对运动情况，遵行先易后难的原则，双星运行在低轨轨道，创新性的利用近地点幅角相差半周的椭圆轨道，调节双椭圆不同的远地点高度获得不同的相对运动速度，调节双星在两轨道交会处的距离获得不同的相对角速度，通过这样一种模拟未来零倾角椭圆轨道对高轨轨道的交会工况，不论从相对运动的速度和角速度都满足模拟的要求，相当于以较低代价在低轨验证了高轨的交会工况。

附图说明

图1为本发明的椭圆轨道对高轨轨道交会实际情况示意图。

图2为本发明的低轨双星椭圆模拟交会示意图。

图3为本发明对高轨轨道接近过程相对距离随时间变化图。

图4为本发明对高轨轨道接近过程视线转率随时间变化图。

图5为本发明对高轨轨道接近过程视线转率变化率随时间变化图。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。

如图1至图5所示，本发明相对运动轨道构型的模拟方法包括如下步骤：

步骤一，设计低轨轨道的近地点高度和远地点高度，满足不同的交会速度，如100m/s(米/秒)，200m/s(米/秒)，及300m/s(米/秒)；

步骤二，设计合理的近地点幅角，使得双星椭圆轨道B交会点A在我国上空，满足测控弧段要求；

步骤三，设计两星距离，使得第一星(D星)在相对运动椭圆半长轴的合适位置，可调整交会时刻的两星距离；H代表第一星轨道，G代表第二星轨道。

步骤四，拟定试验步骤，从变轨、跟踪、指向、试验的先后顺序，分解试验内容；

步骤五，在STK(卫星工具包)里进行相对运动的仿真，验证设计正确性。

所述步骤一中计算交会点的相对运动速度dv＝v_LE0*de(dv：相对运动速度V_leo:低轨轨道运动速度de：双星偏心率矢量差)，因此对应100m/s速度差时，近地点幅角相差180°的双星，偏心率应为100/7635/2＝0.007。

所述步骤二中计算交会点的纬度幅角与第一星(D星)或者第二星(E星)近地点幅角的对应关系。

所述步骤三中调整交会时刻的相对距离关系，设置第一星在相对运动椭圆半长轴上的不同位置来实现。

所述在STK里进行相对运动的仿真，可通过建立STK场景，输入卫星轨道参数，拉出相对运动构型图、数据及曲线。

本发明的工作原理如下：建立零倾角椭圆轨道对高轨轨道C目标的访问场景，椭圆轨道近地点高度约4500公里；取得椭圆轨道对高轨轨道的相对运动关系；以零倾角椭圆轨道访问高轨轨道目标时，轨道面内切向速度差1090m/s(米/秒)，轨道面外速度差取决于倾角差，20°(度)倾角差时，相对速度1000m/s(米/秒)，因此，合成速度范围在1-1.5km/s(千米/秒)，在10公里处，角速度6-8°/s(度/秒)；设计低轨双椭圆交会轨道的轨道高度和卫星相位；取得低轨双椭圆轨道的相对运动数据，与高轨交会运动参数进行对照，验证模拟效果，结果表明发明的低轨双椭圆模拟交会轨道运动参数可等效模拟高轨交会工况；分析试验步骤；

以形成相对运动速度300m/s为例，试验步骤如下：

一、在轨道相位差180°的对称约束下，通过星地联合控制，先后将两星远地点高度抬升，形成相对运动速度300m/s的轨道面内交会关系，第一星在前，轨道飞行时先通过交会过捷点；

二、在上述“双椭圆”300m/s相对速度轨道面内交会条件下，下一次轨道交会点前，调整两星相位与轨道高度，使得两星交会时相距10km；

三、运控评估系统完成两星状态检查，进行试验规划，生成控制数据；

四、空间碎片感知与清除载荷在作用距离满足时适时工作。

本发明的实施例采用如表1所示的不同交会速度下的双星轨道参数设计表：

表1不同交会速度下的双星轨道参数设计表

综上所述，本发明通过对椭圆轨道对高轨高轨轨道碎片的相对运动情况分析，计算相对运动的周期、角速度、速度、距离变化情况，分析构建一种双星轨道来模拟这种交会运动，以较高性价比验证椭圆轨道对高轨轨道的相对运动情况，遵行先易后难的原则，双星运行在低轨轨道，创新性的利用近地点幅角相差半周的椭圆轨道，调节双椭圆不同的远地点高度获得不同的相对运动速度，调节双星在两轨道交会处的距离获得不同的相对角速度，通过这样一种模拟未来零倾角椭圆轨道对高轨轨道的交会工况，不论从相对运动的速度和角速度都满足模拟的要求，相当于以较低代价在低轨验证了高轨的交会工况，该方法具有重要的应用价值。

以上所述的具体实施例，对本发明的解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种相对运动轨道构型的模拟方法，其特征在于，其包括如下步骤：

步骤一，设计低轨轨道的近地点高度和远地点高度，满足不同的交会速度；

步骤二，设计合理的近地点幅角，使得双星椭圆轨道交会点在我国上空，满足测控弧段要求；

步骤三，设计两星距离，使得第一星在相对运动椭圆半长轴的合适位置，可调整交会时刻的两星距离；

步骤四，拟定试验步骤，从变轨、跟踪、指向、试验的先后顺序，分解试验内容；

步骤五，在STK里进行相对运动的仿真，验证设计正确性。

2.如权利要求1所述的相对运动轨道构型的模拟方法，其特征在于，所述步骤一中计算交会点的相对运动速度dv＝v_LEO*de，因此对应100m/s速度差时，近地点幅角相差180°的双星，偏心率应为100/7635/2＝0.007。

3.如权利要求1所述的相对运动轨道构型的模拟方法，其特征在于，所述步骤二中计算交会点的纬度幅角与第一星或者第二星近地点幅角的对应关系。

4.如权利要求1所述的相对运动轨道构型的模拟方法，其特征在于，所述步骤三中调整交会时刻的相对距离关系，设置第一星在相对运动椭圆半长轴上的不同位置来实现。

5.如权利要求1所述的相对运动轨道构型的模拟方法，其特征在于，所述步骤五通过建立STK场景，输入卫星轨道参数，拉出相对运动构型图、数据及曲线。