CN108100306A - 一种快速筛选日地平衡点小行星探测目标的方法 - Google Patents
一种快速筛选日地平衡点小行星探测目标的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108100306A CN108100306A CN201711264943.5A CN201711264943A CN108100306A CN 108100306 A CN108100306 A CN 108100306A CN 201711264943 A CN201711264943 A CN 201711264943A CN 108100306 A CN108100306 A CN 108100306A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- asteroid
- detector
- sun
- orbit
- detection target
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 99
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 57
- 238000012216 screening Methods 0.000 title claims abstract description 41
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000013461 design Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000005457 optimization Methods 0.000 claims description 13
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 8
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 7
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 claims description 6
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 3
- 230000002068 genetic effect Effects 0.000 claims description 2
- 208000037280 Trisomy Diseases 0.000 claims 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 abstract 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 125000001475 halogen functional group Chemical group 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000003380 propellant Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000010187 selection method Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
- B64G1/00—Cosmonautic vehicles
- B64G1/10—Artificial satellites; Systems of such satellites; Interplanetary vehicles
- B64G1/105—Space science
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
- B64G1/00—Cosmonautic vehicles
- B64G1/10—Artificial satellites; Systems of such satellites; Interplanetary vehicles
- B64G1/105—Space science
- B64G1/1064—Space science specifically adapted for interplanetary, solar or interstellar exploration
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
- B64G1/00—Cosmonautic vehicles
- B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
- B64G1/24—Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control
- B64G1/242—Orbits and trajectories
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Astronomy & Astrophysics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Navigation (AREA)
Abstract
本发明公开的一种快速筛选日地平衡点小行星探测目标的方法，属于航空航天领域。本发明在太阳‑地球质心旋转系下建立探测器动力学方程；将探测器在旋转系下的位置速度转换到太阳为中心的惯性系下，并表示成轨道要素形式；给定探测器的速度增量约束和转移时间约束，求解最优两脉冲转移轨道，计算满足约束的小行星探测目标最大轨道根数范围；根据小行星探测目标参数范围，对小行星数据库中的小行星探测目标进行筛选，排除参数范围外的小行星探测目标；剩余小行星探测目标为满足多重约束条件的小行星探测目标，并根据探测任务需要完成精确轨道设计，得到相应的轨道转移机会，完成相应小行星探测任务。本发明具有筛选速度快、且不受发射时间影响的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种快速筛选日地平衡点小行星探测目标的方法，特别涉及一种由日地平衡点轨道出发探测小行星目标的目标选择快速筛选方法，属于航空航天领域。
背景技术
小行星被认为是太阳系形成之初的残余物质，对小行星的研究可以获得太阳系起源和形成相关的关键信息，并有助于小行星的资源利用和威胁防御，因此小行星探测成为深空探测领域的热门话题。
小行星探测目标选择是开展小行星探测任务的首要工作，受限于当前推进技术的发展，探测器所能携带的燃料有限，因此需要从能量角度考虑小行星探测的可达性，同时也需要考虑小行星的物理特性和科学价值，因此需要对小行星探测目标进行筛选。同时探测目标选择还可能存在飞行状态受限、测控能力受限、任务执行时间受限等多重强约束条件。由于小行星数量众多(超过70万)且仍在不断发现中，针对强约束条件对大量的小行星目标进行筛选需要耗费大量的时间，
在已发展的关于小行星目标选择中，在先技术[1](参见嫦娥二号卫星飞越探测小行星的目标选择[J]《中国科学:技术科学》，乔栋，黄江川，崔平远,2013(6):602-608)，基于测控约束、时间约束、推进剂约束及目标星物理特性，提出了一种满足多约束的小天体探测目标选择策略，并应用于嫦娥二号飞越探测小行星中。但该方法仅适用于飞越探测目标选择，不适用于交会探测，且目标选择中需要大量的目标计算，耗时较长。
在先技术[2](参见载人小行星探测目标选择[J]《载人航天》,李翔宇，尚海滨，2015,21(3):278-285)，提出一种用于载人小行星探测的逐层目标选择方法，综合考虑发射机会、目标观测完备度、应急返回能力等复杂任务约束。该方法同样设计大量的轨道计算，且只适用于从地球出发的小行星探测目标。
发明内容
本发明公开的一种快速筛选日地平衡点小行星探测目标的方法要解决的技术问题是，在速度增量约束、飞行状态约束和任务时间约束下，提供一种从日地平衡点轨道出发探测小行星的目标快速筛选方法，具有筛选速度快、且不受发射时间影响的优点。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
本发明公开的一种快速筛选日地平衡点小行星探测目标的方法，在太阳-地球质心旋转系下建立探测器动力学方程。将探测器在旋转系下的位置速度转换到太阳为中心的惯性系下，并表示成轨道要素形式。给定探测器的速度增量约束△vmax和转移时间约束，求解最优两脉冲转移轨道，计算满足约束的小行星探测目标最大轨道根数范围。根据计算得到的小行星探测目标参数范围，对小行星数据库中的小行星探测目标进行筛选，排除参数范围外的小行星探测目标。剩余小行星探测目标为满足多重约束条件的小行星探测目标。根据筛选出满足多重约束条件的小行星探测目标，并根据实际探测任务需要完成精确轨道设计，得到相应的轨道转移机会，完成相应的小行星探测任务。
本发明公开的一种快速筛选日地平衡点小行星探测目标的方法，包括如下步骤：
步骤一：在太阳-地球质心旋转系下建立探测器动力学方程。
以太阳-地球系统的质心为坐标系的原点建立太阳-地球质心旋转系，其中X轴与太阳，地球连线重合，由太阳指向地球，Z轴与地球公转的角速度方向重合，Y轴与X，Z轴垂直构成右手坐标系。
选择单位长度为日地距离，单位角速度为1，单位质量为日地系统的总质量，探测器在该日地系统下的动力学方程表示为，
其中：μ＝m2/(m1+m2)表示系统的质量系数，m1为太阳的质量，m2为行星的质量，为探测器与太阳的距离，为探测器与行星的距离。由于探测器的动力学方程建立在日地质心旋转系下，适用于日地平衡点附近的运动，能够解决运动状态受限的小行星探测目标筛选。
步骤二：将探测器在旋转系下的位置速度转换到太阳为中心的惯性系下，并表示成轨道根数形式。
探测器在旋转系下的位置速度为[rf,vf]，太阳在旋转系下的位置为rs＝[-μ,0,0]，速度为vs＝[0,0,0],地球在旋转系下的位置为re＝[1-μ,0,0]，速度为ve＝[0,0,0],则探测器在旋转系下相对太阳的距离为rss＝rf-rs，相对速度为vss＝vf，若旋转系相对惯性系的旋转矩阵为Rt，根据地球星历确定。则探测器在日心惯性系下的位置ri，速度vi表示为，
ri＝Rt·rss (2)
vi＝Rt·(vss+ω×rss) (3)
其中ω＝[0,0,1]T为旋转系相对惯性系的角速度。
根据二体运动理论，将(ri,vi)表示为轨道根数形式(a,e,i,Ω,w,M)，其中a为轨道半长轴，e为轨道偏心率，i为轨道倾角，Ω为升交点赤经，w为近日点幅角，M为平近点角。由于在旋转系下，探测器在平衡点附近运动相对日地近似静止，因此探测器在日心系下的轨道根数受地球摄动影响，所述的影响包括轨道半长轴a、轨道偏心率e和轨道倾角i在均值附近呈周期性波动，所述的影响还包括升交点赤经Ω、近日点幅角w单调变化但由于轨道近圆且倾角接近0，因此能够忽略升交点赤经Ω和近日点幅角w对轨道运动的影响。同时轨道的平近点角M随时间变化，因此探测器的二体运动近似用轨道根数的均值表示(a,e,i，0，0,M(t))。即实现将探测器在旋转系下的位置速度转换到太阳为中心的下惯性系下，并表示成轨道要素形式。
步骤三：给定探测器的速度增量约束△vmax，转移时间约束t，求解最优两脉冲转移轨道，计算满足速度增量约束和转移时间约束的小行星探测目标最大轨道根数范围。
小行星探测目标的轨道根数为(aa,ea,ia,Ωa,wa,Ma)，确定转移时间t，通过求解Lambert问题能够得到最优两脉冲轨道，若探测器从平衡点轨道出发所需速度增量为△v1,小行星交会所需速度增量为△v2，总速度增量△v＝△v1+△v2<△vmin则表明该小行星探测目标存在潜在的转移机会，否则说明小行星探测目标不可达。由于探测器的运动除平近点角M外基本保持不变，因此选择优化变量(M,aa,ea,ia,Ωa,wa,Ma,t)，优化的目标函数分别为小行星轨道半长轴的最大值max(aa),轨道半长轴的最小值min(aa),轨道偏心率的最大值max(ea),轨道倾角的最大值max(ia)，约束为总速度增量△v<△vmin，考虑到三体摄动对速度增量的影响，将速度增量约束表示为(1+k)△vmax,优选k＝0.1,保证探测目标不会被遗漏。通过优化方法得到可达的小行星探测目标参数范围aa∈[min(aa),max(aa)]，ea∈[0,max(ea)]，ia∈[0,max(ia)]，Ωa,wa,Ma没有约束。由于在优化过程中优化变量仅与小行星轨道参数有关，而与小行星星历无关，因此方法的适用范围广，优化变量中考虑转移时间和速度增量，因此适用于能量受限，任务时间受限的目标筛选。
步骤三中通过优化方法得到可达的小行星探测目标参数范围aa∈[min(aa),max(aa)]，ea∈[0,max(ea)]，ia∈[0,max(ia)]，Ωa,wa,Ma没有约束，即为满足约束的小行星探测目标最大轨道根数范围。
步骤三所述的优化方法包括遗传算法、微分进化算法。所述的轨道根数包括轨道半长轴a，轨道偏心率e，轨道倾角i，升交点赤经Ω，近日点幅角w，平近点角M。
步骤四：根据步骤三中计算得到的小行星探测目标参数范围，对小行星数据库中的小行星探测目标进行筛选，排除参数范围外的小行星探测目标。剩余小行星探测目标为满足多重约束条件的小行星探测目标。
步骤四中多重约束条件优选包括运动状态约束，速度增量约束和转移时间约束。
还包括步骤五：根据步骤四筛选出满足多重约束条件的小行星探测目标，并根据实际探测任务需要完成精确轨道设计，得到相应的轨道转移机会，实现相应的小行星探测任务。
有益效果：
1、本发明公开的一种快速筛选日地平衡点小行星探测目标的方法，由于建立的探测器的运动方程是建立在日地质心旋转坐标系下，适用于从日地平衡点轨道出发的飞行状态受限的小行星探测目标筛选。
2、本发明公开的一种快速筛选日地平衡点小行星探测目标的方法，在优化计算约束的小行星探测目标最大轨道根数范围过程中，无需考虑真实小行星星历，因此适用于不同时间的小行星探测目标选择，适用范围广。
3、本发明公开的一种快速筛选日地平衡点小行星探测目标的方法，在优化过程中，通过增加速度增量约束和飞行时间约束，适用于多重约束条件下的探测目标选择。
4、本发明公开的一种快速筛选日地平衡点小行星探测目标的方法，在筛选过程中无需进行积分运算，计算量小，适用于大量小行星目标的筛选，快速高效。
附图说明
图1是本发明公开的一种快速筛选日地平衡点小行星探测目标的方法流程图；
图2是本发明公开的一种快速筛选日地平衡点小行星探测目标的方法太阳-地球质心旋转系示意图；
图3是本发明公开的一种快速筛选日地平衡点小行星探测目标的方法探测器平衡点轨道半长轴变化图。
图4是本发明公开的一种快速筛选日地平衡点小行星探测目标的方法探测器平衡点轨道偏心率变化图。
图5是本发明公开的一种快速筛选日地平衡点小行星探测目标的方法探测器平衡点轨道轨道倾角变化图。
图6是本发明公开的一种快速筛选日地平衡点小行星探测目标的方法目标星轨道参数分布图。
具体实施方式
为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实例对发明内容做进一步说明。
实施例1：
为了验证方法的可行性，选择探测器位于L1点附近Z向振幅270000km的Halo轨道上，初始时间为2033年3月1日，探测器所能提供的速度增量为△vmax＝1.5km/s，任务时间小于1年。
如图1所示，本实施例公开的一种快速筛选日地平衡点小行星探测目标的方法，具体实现步骤如下：
步骤一：在太阳-地球质心旋转系下建立探测器动力学方程。
以太阳-地球系统的质心为坐标系的原点建立太阳-地球质心旋转系，其中X轴与太阳，地球连线重合，由太阳指向地球，Z轴与地球公转的角速度方向重合，Y轴与X，Z轴垂直构成右手坐标系。坐标系示意图如图2所示。
选择单位长度为日地距离，单位角速度为1，单位质量为日地系统的总质量，探测器在该日地系统下的运动方程可以表示为，
其中μ＝m2/(m1+m2)表示系统的质量系数，m1为太阳的质量，m2为行星的质量，为探测器与太阳的距离，为探测器与行星的距离。
步骤二：将探测器在旋转系下的位置速度转换到太阳为中心的惯性系下，并表示成轨道根数形式。
探测器在旋转系下的位置速度为[rf,vf]，太阳在旋转系下的位置为rs＝[-μ,0,0]，速度为vs＝[0,0,0],地球在旋转系下的位置为re＝[1-μ,0,0]，速度为ve＝[0,0,0],则探测器在旋转系下相对太阳的距离为rss＝rf-rs，相对速度为vss＝vf，若旋转系相对惯性系的旋转矩阵为Rt，可根据地球星历确定。则探测器在日心惯性系下的位置ri，速度vi可以表示为
ri＝Rt·rss (2)
vi＝Rt·(vss+ω×rss) (3)
其中ω＝[0,0,1]T为旋转系相对惯性系的角速度。
根据二体运动理论，将(ri,vi)表示为轨道根数形式(a,e,i,Ω,w,M)，其中a为轨道半长轴，e为轨道偏心率，i为轨道倾角，Ω为升交点赤经，w为近日点幅角，M为平近点角。由于在旋转系下，探测器在平衡点附近运动相对日地近似静止，因此探测器在日心系下的轨道根数受地球摄动影响，所述的影响包括轨道半长轴a、轨道偏心率e和轨道倾角i在均值附近呈周期性波动，所述的影响还包括升交点赤经Ω、近日点幅角w单调变化但由于轨道近圆且倾角接近0，因此能够忽略升交点赤经Ω和近日点幅角w对轨道运动的影响。同时轨道的平近点角M随时间变化，因此探测器的二体运动近似用轨道根数的均值表示即实现将探测器在旋转系下的位置速度转换到太阳为中心的下惯性系下，并表示成轨道要素形式。
选择探测器的初始状态为rf＝[0.99198,0,0.00181]，vf＝[0,-0.010845,0],探测器在日心系下的轨道根数变化如图3-5所示。
取均值
步骤三：给定探测器的速度增量约束△vmax，转移时间约束t，求解最优两脉冲转移轨道，计算满足速度增量约束和转移时间约束的小行星探测目标最大轨道根数范围。
小行星探测目标的轨道根数为(aa,ea,ia,Ωa,wa,Ma)，确定转移时间t，通过求解Lambert问题可以得到最优两脉冲轨道，若探测器从平衡点轨道出发所需速度增量为△v1,小行星交会所需速度增量为△v2，总速度增量△v＝△v1+△v2<△vmin则表明该小行星探测目标存在潜在的转移机会，否则说明小行星探测目标不可达。由于探测器的运动除平近点角M外基本保持不变，因此选择优化变量(M,aa,ea,ia,Ωa,wa,Ma,t)，优化的目标函数分别为小行星轨道半长轴的最大值max(aa),轨道半长轴的最小值min(aa),轨道偏心率的最大值max(ea),轨道倾角的最大值max(ia)，约束为总速度增量△v<△vmin，考虑到三体摄动对速度增量的影响，将速度增量约束表示为(1+k)△vmax,优选k＝0.1,保证探测目标不会被遗漏。通过优化方法得到可达的小行星探测目标参数范围aa∈[min(aa),max(aa)]，ea∈[0,max(ea)]，ia∈[0,max(ia)]，Ωa,wa,Ma没有约束。
根据约束△vmax＝1.5km/s，选择k＝0.1，转移时间t<365天，得到满足约束的目标星参数范围为aa∈[0.865,1.087]AU，ea∈[0,0.142]，ia∈[0,3.39°]。
步骤四：根据步骤三中计算得到的小行星探测目标参数范围，对小行星数据库中的小行星探测目标进行筛选，排除参数范围外的小行星探测目标。剩余小行星探测目标为满足多重约束条件的小行星探测目标。
对小行星数据库中70万颗目标进行筛选，得到满足约束的目标为73颗，计算时间<10s，图6给出满足能量约束的目标星轨道参数分布，利用在先技术可以对筛选目标考虑时间窗口进行详细轨道设计。
步骤四中多重约束条件指运动状态约束，速度增量约束和转移时间约束
还包括步骤五：根据步骤四筛选出满足多重约束条件的小行星探测目标，并根据实际探测任务需要完成精确轨道设计，得到相应的轨道转移机会，实现相应的小行星探测任务。
以上所述的具体描述，对发明的目的、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，并不用于限定本发明的保护范围，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 (6)
1.一种快速筛选日地平衡点小行星探测目标的方法，其特征在于：包括如下步骤，
步骤一：在太阳-地球质心旋转系下建立探测器动力学方程；
步骤二：将探测器在旋转系下的位置速度转换到太阳为中心的惯性系下，并表示成轨道根数形式；
步骤三：给定探测器的速度增量约束Δvmax，转移时间约束t，求解最优两脉冲转移轨道，计算满足速度增量约束和转移时间约束的小行星探测目标最大轨道根数范围，小行星探测目标最大轨道根数范围即为小行星探测目标参数范围；
步骤四：根据步骤三中计算得到的小行星探测目标参数范围，对小行星数据库中的小行星探测目标进行筛选，排除参数范围外的小行星探测目标；剩余小行星探测目标为满足多重约束条件的小行星探测目标。
2.如权利要求1所述的一种快速筛选日地平衡点小行星探测目标的方法，其特征在于：还包括步骤五：根据步骤四筛选出满足多重约束条件的小行星探测目标，并根据实际探测任务需要完成精确轨道设计，得到相应的轨道转移机会，实现相应的小行星探测任务。
3.如权利要求1或2所述的一种快速筛选日地平衡点小行星探测目标的方法，其特征在于：步骤一具体实现方法为，
以太阳-地球系统的质心为坐标系的原点建立太阳-地球质心旋转系，其中X轴与太阳，地球连线重合，由太阳指向地球，Z轴与地球公转的角速度方向重合，Y轴与X，Z轴垂直构成右手坐标系；
选择单位长度为日地距离，单位角速度为1，单位质量为日地系统的总质量，探测器在该日地系统下的动力学方程表示为，
<mrow>
<mfenced open = "{" close = "">
<mtable>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<mover>
<mi>x</mi>
<mo>&CenterDot;&CenterDot;</mo>
</mover>
<mo>-</mo>
<mn>2</mn>
<mover>
<mi>y</mi>
<mo>&CenterDot;</mo>
</mover>
<mo>=</mo>
<mi>x</mi>
<mo>-</mo>
<mfrac>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>1</mn>
<mo>-</mo>
<mi>&mu;</mi>
<mo>)</mo>
<mo>(</mo>
<mi>x</mi>
<mo>+</mo>
<mi>&mu;</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<msubsup>
<mi>r</mi>
<mn>1</mn>
<mn>3</mn>
</msubsup>
</mfrac>
<mo>-</mo>
<mfrac>
<mrow>
<mi>&mu;</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>x</mi>
<mo>-</mo>
<mn>1</mn>
<mo>+</mo>
<mi>&mu;</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
<msubsup>
<mi>r</mi>
<mn>2</mn>
<mn>3</mn>
</msubsup>
</mfrac>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<mover>
<mi>y</mi>
<mo>&CenterDot;&CenterDot;</mo>
</mover>
<mo>+</mo>
<mn>2</mn>
<mover>
<mi>x</mi>
<mo>&CenterDot;</mo>
</mover>
<mo>=</mo>
<mi>y</mi>
<mo>-</mo>
<mfrac>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>1</mn>
<mo>-</mo>
<mi>&mu;</mi>
<mo>)</mo>
<mi>y</mi>
</mrow>
<msubsup>
<mi>r</mi>
<mn>1</mn>
<mn>3</mn>
</msubsup>
</mfrac>
<mo>-</mo>
<mfrac>
<mrow>
<mi>&mu;</mi>
<mi>y</mi>
</mrow>
<msubsup>
<mi>r</mi>
<mn>2</mn>
<mn>3</mn>
</msubsup>
</mfrac>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<mover>
<mi>z</mi>
<mo>&CenterDot;&CenterDot;</mo>
</mover>
<mo>=</mo>
<mo>-</mo>
<mfrac>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>1</mn>
<mo>-</mo>
<mi>&mu;</mi>
<mo>)</mo>
<mi>z</mi>
</mrow>
<msubsup>
<mi>r</mi>
<mn>1</mn>
<mn>3</mn>
</msubsup>
</mfrac>
<mo>-</mo>
<mfrac>
<mrow>
<mi>&mu;</mi>
<mi>z</mi>
</mrow>
<msubsup>
<mi>r</mi>
<mn>2</mn>
<mn>3</mn>
</msubsup>
</mfrac>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
</mtable>
</mfenced>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>1</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
其中：μ＝m2/(m1+m2)表示系统的质量系数，m1为太阳的质量，m2为行星的质量，为探测器与太阳的距离，为探测器与行星的距离；由于探测器的动力学方程建立在日地质心旋转系下，适用于日地平衡点附近的运动，能够解决运动状态受限的小行星探测目标筛选。
4.如权利要求3所述的一种快速筛选日地平衡点小行星探测目标的方法，其特征在于：步骤二具体实现方法为，
探测器在旋转系下的位置速度为[rf,vf]，太阳在旋转系下的位置为rs＝[-μ,0,0]，速度为vs＝[0,0,0],地球在旋转系下的位置为re＝[1-μ,0,0]，速度为ve＝[0,0,0],则探测器在旋转系下相对太阳的距离为rss＝rf-rs，相对速度为vss＝vf，若旋转系相对惯性系的旋转矩阵为Rt，根据地球星历确定；则探测器在日心惯性系下的位置ri，速度vi表示为，
ri＝Rt·rss (2)
vi＝Rt·(vss+ω×rss) (3)
其中ω＝[0,0,1]T为旋转系相对惯性系的角速度；
根据二体运动理论，将(ri,vi)表示为轨道根数形式(a,e,i,Ω,w,M)，其中a为轨道半长轴，e为轨道偏心率，i为轨道倾角，Ω为升交点赤经，w为近日点幅角，M为平近点角；由于在旋转系下，探测器在平衡点附近运动相对日地近似静止，因此探测器在日心系下的轨道根数受地球摄动影响，所述的影响包括轨道半长轴a、轨道偏心率e和轨道倾角i在均值附近呈周期性波动，所述的影响还包括升交点赤经Ω、近日点幅角w单调变化但由于轨道近圆且倾角接近0，因此能够忽略升交点赤经Ω和近日点幅角w对轨道运动的影响；同时轨道的平近点角M随时间变化，因此探测器的二体运动近似用轨道根数的均值表示即实现将探测器在旋转系下的位置速度转换到太阳为中心的下惯性系下，并表示成轨道要素形式。
5.如权利要求4所述的一种快速筛选日地平衡点小行星探测目标的方法，其特征在于：步骤三具体实现方法为，
小行星探测目标的轨道根数为(aa,ea,ia,Ωa,wa,Ma)，确定转移时间t，通过求解Lambert问题能够得到最优两脉冲轨道，若探测器从平衡点轨道出发所需速度增量为Δv1,小行星交会所需速度增量为Δv2，总速度增量Δv＝Δv1+Δv2＜Δvmin则表明该小行星探测目标存在潜在的转移机会，否则说明小行星探测目标不可达；由于探测器的运动除平近点角M外基本保持不变，因此选择优化变量(M,aa,ea,ia,Ωa,wa,Ma,t)，优化的目标函数分别为小行星轨道半长轴的最大值max(aa),轨道半长轴的最小值min(aa),轨道偏心率的最大值max(ea),轨道倾角的最大值max(ia)，约束为总速度增量Δv＜Δvmin，考虑到三体摄动对速度增量的影响，将速度增量约束表示为(1+k)Δvmax,保证探测目标不会被遗漏；通过优化方法得到可达的小行星探测目标参数范围aa∈[min(aa),max(aa)]，ea∈[0,max(ea)]，ia∈[0,max(ia)]，Ωa,wa,Ma没有约束；所述的轨道根数包括轨道半长轴a，轨道偏心率e，轨道倾角i，升交点赤经Ω，近日点幅角w，平近点角M。
6.如权利要求5所述的一种快速筛选日地平衡点小行星探测目标的方法，其特征在于：步骤三所述的优化方法包括遗传算法，微分进化算法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711264943.5A CN108100306B (zh) | 2017-12-05 | 2017-12-05 | 一种快速筛选日地平衡点小行星探测目标的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711264943.5A CN108100306B (zh) | 2017-12-05 | 2017-12-05 | 一种快速筛选日地平衡点小行星探测目标的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108100306A true CN108100306A (zh) | 2018-06-01 |
| CN108100306B CN108100306B (zh) | 2019-02-01 |
Family
ID=62209067
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201711264943.5A Expired - Fee Related CN108100306B (zh) | 2017-12-05 | 2017-12-05 | 一种快速筛选日地平衡点小行星探测目标的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108100306B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110736469A (zh) * | 2019-11-06 | 2020-01-31 | 北京理工大学 | 基于日地旋转坐标系的小行星探测精确轨道转移方法 |
| CN112874814A (zh) * | 2021-01-25 | 2021-06-01 | 中国科学院微小卫星创新研究院 | 一种红外低轨星座的任务星调度方法 |
| CN113536536A (zh) * | 2021-06-08 | 2021-10-22 | 北京航天飞行控制中心 | 一种多天体飞越探测轨道设计方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5765784A (en) * | 1993-09-08 | 1998-06-16 | Hughes Electronics | System and method for deploying multiple probes |
| CN102351047A (zh) * | 2011-07-16 | 2012-02-15 | 北京理工大学 | 一种基于地日平衡点观测与跟踪小天体的位置选择方法 |
| CN104176273A (zh) * | 2014-07-15 | 2014-12-03 | 北京航空航天大学 | 一种载人小行星探测的目标星选取方法 |
| CN105253329A (zh) * | 2015-09-18 | 2016-01-20 | 北京理工大学 | 一种基于弱稳定边界的两脉冲行星捕获轨道方法 |
| CN105329464A (zh) * | 2015-09-25 | 2016-02-17 | 北京理工大学 | 一种基于平衡点周期轨道的行星低能量捕获轨道方法 |
-
2017
- 2017-12-05 CN CN201711264943.5A patent/CN108100306B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5765784A (en) * | 1993-09-08 | 1998-06-16 | Hughes Electronics | System and method for deploying multiple probes |
| CN102351047A (zh) * | 2011-07-16 | 2012-02-15 | 北京理工大学 | 一种基于地日平衡点观测与跟踪小天体的位置选择方法 |
| CN104176273A (zh) * | 2014-07-15 | 2014-12-03 | 北京航空航天大学 | 一种载人小行星探测的目标星选取方法 |
| CN105253329A (zh) * | 2015-09-18 | 2016-01-20 | 北京理工大学 | 一种基于弱稳定边界的两脉冲行星捕获轨道方法 |
| CN105329464A (zh) * | 2015-09-25 | 2016-02-17 | 北京理工大学 | 一种基于平衡点周期轨道的行星低能量捕获轨道方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 吴伟仁等: "嫦娥二号日地拉格朗日L2点探测轨道设计与实施", 《科学通报》 * |
| 尚海淀等: "载人小行星探测目标选择与轨道优化设计", 《深空探测学报》 * |
| 崔平远等: "小行星探测目标选择与转移轨道方案设计", 《中国科学：技术科学》 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110736469A (zh) * | 2019-11-06 | 2020-01-31 | 北京理工大学 | 基于日地旋转坐标系的小行星探测精确轨道转移方法 |
| CN112874814A (zh) * | 2021-01-25 | 2021-06-01 | 中国科学院微小卫星创新研究院 | 一种红外低轨星座的任务星调度方法 |
| CN113536536A (zh) * | 2021-06-08 | 2021-10-22 | 北京航天飞行控制中心 | 一种多天体飞越探测轨道设计方法 |
| CN113536536B (zh) * | 2021-06-08 | 2023-10-24 | 北京航天飞行控制中心 | 一种多天体飞越探测轨道设计方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108100306B (zh) | 2019-02-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105631095B (zh) | 一种等间隔发射的多约束地月转移轨道簇搜索方法 | |
| CN106679674B (zh) | 基于星历模型的地月L2点Halo轨道阴影分析方法 | |
| CN103063217B (zh) | 一种基于星历修正的深空探测器天文/无线电组合导航方法 | |
| CN103112600B (zh) | 一种星际转移轨道设计方法 | |
| CN106595674A (zh) | 基于星敏感器和星间链路的heo卫星编队飞行自主导航方法 | |
| CN105253329B (zh) | 一种基于弱稳定边界的两脉冲行星捕获轨道方法 | |
| CN103488830B (zh) | 一种基于Cycler轨道的地月往返的任务仿真系统 | |
| CN108100306A (zh) | 一种快速筛选日地平衡点小行星探测目标的方法 | |
| CN105203101A (zh) | 一种基于目标天体星历修正的深空探测器捕获段天文导航方法 | |
| CN107589756A (zh) | 一种奔月卫星编队初始化方法 | |
| CN103148856B (zh) | 一种基于自适应尺度变化的借力飞行探测器自主天文导航方法 | |
| Zhang et al. | Analytical approximate solutions to ground track adjustment for responsive space | |
| CN104764449A (zh) | 一种基于星历修正的捕获段深空探测器自主天文导航方法 | |
| CN108082538B (zh) | 一种考虑始末约束的多体系统低能量捕获轨道方法 | |
| CN109613822A (zh) | 基于非线性模型预测控制的空间系绳系统展开控制方法 | |
| Quarta et al. | Optimal solar sail transfers to circular Earth-synchronous displaced orbits | |
| CN101794336B (zh) | 一种考虑目标天体影响球的借力飞行仿真方法 | |
| CN115994408A (zh) | 一种日心构型引力波探测器转移轨道优化方法及装置 | |
| Tang et al. | Low-thrust trajectory optimization of asteroid sample return mission with multiple revolutions and moon gravity assists | |
| CN112009727B (zh) | 平动点轨道最优小推力转移分段设计方法 | |
| CN113282097B (zh) | 一种geo博弈航天器相对位置非球形摄动误差的控制方法 | |
| CN110155370B (zh) | 一种基于太阳帆的横截编队方法 | |
| Lu et al. | Design and optimization of low-energy transfer orbit to Mars with multi-body environment | |
| Lee | CubeSat constellation implementation and management using differential drag | |
| Sirbu et al. | Dynamical performance for science-mode stationkeeping with an external occulter |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20190201 Termination date: 20201205 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |