CN118163966B - 空间碎片的获取方法及系统、卫星升轨的方法及控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及卫星轨道处理技术领域，提供一种空间碎片的获取方法及系统、卫星升轨的方法及控制系统，获取方法包括：S11：获取空间碎片库的空间碎片信息；S12：排除最近第一预定期间内没有发生轨道更新的空间碎片；S13：筛选出近地点高于卫星的远地点且高度差小于或等于预定距离的空间碎片、以及远地点低于卫星的近地点且高度差小于或等于预定距离的空间碎片；S14：筛选出空间碎片和卫星两轨道的最小距离小于或等于预定距离的空间碎片。本方案能够基于现有的空间碎片，进行快速筛选为卫星所利用，实现借力跃迁，使得卫星的升轨无需使用燃料，延长卫星的寿命。
Description
技术领域
本发明涉及卫星轨道处理技术领域，尤其涉及一种空间碎片的获取方法及系统、卫星升轨的方法及控制系统。
背景技术
随着航空航天产业的不断发展，越来越多的卫星被发射至太空为人类所利用，卫星运行的过程中不可避免地会进行升轨，现有的升轨的方法通常采用化学燃料或电推的方法，就意味着不可避免地使用燃料，如果燃料用尽就意味着卫星的寿命结束。
因此，需要提供一种空间碎片的获取方法及系统、卫星升轨的方法及控制系统，能够基于现有的空间碎片，进行快速筛选为卫星所利用，实现借力跃迁，使得卫星的升轨无需使用燃料，延长卫星的寿命。
在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本申请的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明主要目的是克服卫星升轨使用燃料减少卫星寿命及不能快速筛选可利用进行借力跃迁的空间碎片的问题，提供一种空间碎片的获取方法及系统、卫星升轨的方法及控制系统，能够基于现有的空间碎片，进行快速筛选为卫星所利用，实现借力跃迁，使得卫星的升轨无需使用燃料，延长卫星的寿命。
为实现上述的目的，本发明第一方面提供了一种可借力跃迁的空间碎片的获取方法，包括以下步骤：
S11：获取空间碎片库的空间碎片信息；
S12：排除最近第一预定期间内没有发生轨道更新的空间碎片；
S13：筛选出近地点高于卫星的远地点且高度差小于或等于预定距离的空间碎片、以及远地点低于卫星的近地点且高度差小于或等于预定距离的空间碎片；
S14：筛选出空间碎片和卫星两轨道的最小距离小于或等于预定距离的空间碎片。
根据本发明一示例实施方式，所述可借力跃迁的空间碎片的获取方法还包括：
S15：计算空间碎片与卫星在第二预定期间内所有交会事件的最小距离；
S16：筛选出步骤S15中的最小距离小于或等于预定距离的交会事件；
S17：获取步骤S16的交会事件的空间碎片及第二预定期间内所有交会事件。
根据本发明一示例实施方式，步骤S11中，所述空间碎片库包括多个空间碎片的轨道数据，多个空间碎片的轨道数据包括多个空间碎片在第一预定期间内的空间位置及对应时间。
根据本发明一示例实施方式，步骤S12中，所述第一预定期间为30天。
根据本发明一示例实施方式，步骤S12中，采用历元筛选的方法排除最近第一预定期间内没有发生轨道更新的空间碎片。
根据本发明一示例实施方式，步骤S13中，所述预定距离为卫星能够捕获空间碎片的最大距离。
根据本发明一示例实施方式，步骤S14中，所述筛选出空间碎片和卫星两轨道的最小距离小于或等于预定距离的空间碎片的方法包括：
根据空间碎片的轨道和卫星的轨道求解两轨道间的最小距离，如果两轨道的最小距离小于或等于预定距离，筛选出空间碎片。
作为本发明的第二个方面，本发明提供一种可借力跃迁的空间碎片的获取系统，包括：空间碎片获取模块、排除无更新空间碎片模块、近地点远地点筛选模块、距离筛选模块；
空间碎片获取模块与空间碎片库、排除无更新空间碎片模块通讯地连接，用于从空间碎片库中获取空间碎片，并发送给排除无更新空间碎片模块；
排除无更新空间碎片模块与近地点远地点筛选模块通讯地连接，用于排除最近第一预定期间内没有发生轨道更新的空间碎片，并发送给近地点远地点筛选模块；
近地点远地点筛选模块与排除无更新空间碎片模块、距离筛选模块通讯地连接，用于筛选出近地点高于卫星的远地点且高度差小于或等于预定距离的空间碎片、以及远地点低于卫星的近地点且高度差小于或等于预定距离的空间碎片，并发送给距离筛选模块；
距离筛选模块用于筛选出空间碎片和卫星两轨道的最小距离小于或等于预定距离的空间碎片。
根据本发明的一示例实施方式，借力跃迁的空间碎片的获取系统还包括：
距离计算模块，与距离筛选模块通讯地俩姐，用于计算距离筛选后，空间碎片与卫星在第二预定期间内所有交会事件的最小距离；
交会事件筛选模块与距离计算模块通讯地连接，用于筛选出最小距离小于或等于预定距离的交会事件；
空间碎片及交会事件获取模块与交会事件筛选模块通讯地连接，用于获取交会事件的空间碎片及第二预定期间内所有交会事件。
作为本发明的第三个方面，提供一种卫星升轨的方法，包括以下步骤：
S1：采用所述的可借力跃迁的空间碎片的获取方法获取空间碎片；
S2：计算卫星捕获空间碎片后的卫星速度；
S3：根据卫星捕获空间碎片后的卫星速度选择最有价值的空间碎片作为卫星升轨借力跃迁的目标；
S4：在交会事件捕获卫星升轨借力跃迁的目标完成后释放碎片，实现卫星升轨。
作为本发明的第四个方面，本发明提供一种卫星升轨的控制系统，包括：所述的可借力跃迁的空间碎片的获取系统、卫星速度获取系统、空间碎片选择系统及捕获系统；
可借力跃迁的空间碎片的获取系统用于获取可借力跃迁的空间碎片；
卫星速度获取系统与可借力跃迁的空间碎片的获取系统通讯地连接，用于计算卫星捕获空间碎片后卫星速度；
空间碎片选择系统与卫星速度获取系统通讯地连接，用于根据卫星速度选择最有价值的空间碎片作为卫星升轨借力跃迁的目标；
捕获系统与空间碎片选择系统通讯地连接，用于在交会事件捕获卫星升轨借力跃迁的目标完成后释放碎片，实现卫星升轨。
本发明提出利用空间碎片对在轨卫星进行升轨控制过程中快速筛选可利用的空间碎片的方法，通过卫星的轨道信息及空间目标编目数据系统中废弃空间目标（空间碎片）的轨道信息计算交会时机，寻找有机会自然交会可借力跃迁的空间目标编目；根据碎片数据的有效性、轨道能量以及捕获能力快速排除无法利用的空间碎片，再计算交会时机，筛选出有利用价值的目标；以便卫星使用捕获系统实现借力跃迁。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例实施例，本申请的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示意性示出了利用空间碎片借力跃迁的卫星升轨的方法的步骤图。
图2示意性示出了方可借力跃迁的空间碎片的获取方法的步骤图。
图3示意性示出了利用空间碎片借力跃迁后的卫星速度获取方法的步骤图。
图4示意性示出了利用空间碎片借力跃迁的空间碎片的选择方法的步骤图。
图5示意性示出了第三个具体实施方式的利用空间碎片借力跃迁的卫星升轨的方法的步骤图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本申请将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。
此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本申请的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本申请的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本申请的各方面。
附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
应理解，虽然本文中可能使用术语第一、第二、第三等来描述各种组件，但这些组件不应受这些术语限制。这些术语乃用以区分一组件与另一组件。因此，下文论述的第一组件可称为第二组件而不偏离本申请概念的教示。如本文中所使用，术语“及/或”包括相关联的列出项目中的任一个及一或多者的所有组合。
本领域技术人员可以理解，附图只是示例实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本申请所必须的，因此不能用于限制本申请的保护范围。
根据本发明的第一个具体实施方式，本发明提供一种利用空间碎片借力跃迁的卫星升轨的系统，包括：可借力跃迁的空间碎片的获取系统、卫星速度获取系统、空间碎片选择系统及捕获系统。
可借力跃迁的空间碎片的获取系统用于获取可借力跃迁的空间碎片。可借力跃迁的空间碎片的获取系统，包括：空间碎片获取模块、排除无更新空间碎片模块、近地点远地点筛选模块、距离筛选模块。空间碎片获取模块与空间碎片库、排除无更新空间碎片模块通讯地连接，用于从空间碎片库中获取空间碎片的信息，并发送给排除无更新空间碎片模块。排除无更新空间碎片模块与近地点远地点筛选模块通讯地连接，用于排除最近第一预定期间内没有发生轨道更新的空间碎片，并发送给近地点远地点筛选模块。近地点远地点筛选模块与排除无更新空间碎片模块、距离筛选模块通讯地连接，用于筛选出近地点高于卫星的远地点且高度差小于或等于预定距离的空间碎片、以及远地点低于卫星的近地点且高度差小于或等于预定距离的空间碎片，并发送给距离筛选模块。距离筛选模块用于筛选出空间碎片和卫星两轨道的最小距离小于或等于预定距离的空间碎片。
卫星速度获取系统与可借力跃迁的空间碎片的获取系统通讯地连接，用于计算卫星捕获空间碎片后卫星速度。卫星速度获取系统为利用空间碎片借力跃迁后的卫星速度获取系统，包括：交会事件获取模块、卫星交会速度计算模块、空间碎片交会速度获取模块和卫星捕获速度计算模块。交会事件获取模块用于获取多个卫星和空间碎片的交会事件。卫星交会速度计算模块与交会事件获取模块通讯地连接，用于计算卫星在交会事件中的速度。空间碎片交会速度获取模块与交会事件获取模块通讯地连接，用于获取空间碎片在交会事件中的速度。卫星捕获速度计算模块与卫星交会速度计算模块、空间碎片交会速度获取模块通讯地连接，用于根据卫星的质量、空间碎片的质量、卫星在交会事件中的速度和空间碎片在交会事件中的速度得到卫星捕获空间碎片完成后卫星的速度。
空间碎片选择系统与卫星速度获取系统通讯地连接，用于根据卫星速度选择最有价值的空间碎片作为卫星升轨借力跃迁的目标。空间碎片选择系统，包括：卫星速度获取模块、速度增量计算模块、半长轴变化量计算模块和空间碎片选择模块。卫星速度获取模块用于获取卫星捕获空间碎片完成后卫星的速度。速度增量计算模块与卫星速度获取模块通讯地连接，用于计算沿捕获空间碎片前的速度方向的速度增量。半长轴变化量计算模块与速度增量计算模块通讯地连接，用于根据所述速度增量得到利用空间碎片借力跃迁后的半长轴的变化量。空间碎片选择模块与半长轴变化量计算模块通讯地连接，用于选择使半长轴的变化量最大的空间碎片作为利用价值最大的空间碎片。
捕获系统与空间碎片选择系统通讯地连接，用于在交会事件捕获卫星升轨借力跃迁的目标完成后释放碎片，实现卫星升轨。捕获系统采用软绳系统或网状系统。
根据本发明的第二个具体实施方式，本发明提供一种利用空间碎片借力跃迁的卫星升轨的方法，采用第一个具体实施方式的利用空间碎片借力跃迁的卫星升轨的系统，如图1所述，包括以下步骤：
S1：获取可借力跃迁的空间碎片。
步骤S1采用可借力跃迁的空间碎片的获取系统实现。
如图2所示，获取可借力跃迁的空间碎片包括：
S11：获取空间碎片库的空间碎片信息。
空间碎片库包括多个空间碎片的轨道数据，多个空间碎片的轨道数据包括多个空间碎片在第一预定期间内的空间位置及对应时间。
S12：排除最近第一预定期间内没有发生轨道更新的空间碎片。
采用历元筛选的方法排除最近第一预定期间内没有发生轨道更新的空间碎片。
S13：筛选出近地点高于卫星的远地点且高度差小于或等于预定距离的空间碎片、以及远地点低于卫星近地点且高度差小于或等于预定距离的空间碎片。
预定距离为卫星能够捕获空间碎片的最大距离。
步骤S13的目的是，当卫星的远地点高度加上捕获系统能捕获的目标最大距离小于空间碎片的近地点高度时，或卫星的近地点高度减去捕获系统能捕获的目标最大距离大于空间碎片的远地点高度时，则认为该空间碎片的轨道能量不可利用，需要排除。这一步的筛选是为了筛选掉不可能相遇的两个轨道。
S14：筛选出空间碎片和卫星两轨道的最小距离小于或等于预定距离的空间碎片。
考虑捕获系统存在捕获距离的限制，对卫星和空间碎片固定的椭圆轨道进行分析，求解两轨道间的最小距离，若最小距离大于软绳系系统能捕获的目标最大距离时，剔除该目标。步骤S14可以筛选出潜在能够利用的空间碎片。
筛选出空间碎片和卫星两轨道的最小距离小于或等于预定距离的空间碎片的方法包括：
根据空间碎片的轨道和卫星的轨道求解两轨道间的最小距离，如果两轨道的最小距离小于或等于预定距离，筛选出空间碎片。
S15：计算空间碎片与卫星在第二预定期间内所有交会事件的最小距离。
S16：筛选出步骤S 15中的最小距离小于或等于预定距离的交会事件。
S17：获取步骤S16的交会事件的空间碎片及第二预定期间内所有交会事件。
第二预定期间优选为3天。
考虑捕获系统存在捕获距离的限制，计算卫星和剩余空间碎片3天内所有交会事件的最小距离，若该交会事件的最小距离大于捕获系统能捕获的目标最大距离时，剔除该交会事件；这步可以筛选出潜在能够利用的空间碎片以及其3天内所有交会事件。
步骤S1通过卫星的轨道信息及空间目标编目数据系统中废弃空间目标（空间碎片）的轨道信息计算交会时机，寻找有机会自然交会可借力跃迁的空间目标编目；根据碎片数据的有效性、轨道能量以及捕获能力快速排除无法利用的空间碎片，再计算交会时机，筛选出有利用价值的目标；以便卫星使用捕获系统实现借力跃迁。
S2：计算卫星捕获空间碎片后的卫星速度。
步骤S2采用利用空间碎片借力跃迁后的卫星速度获取系统实现。
如图3所示，计算卫星捕获空间碎片后的卫星速度包括：
S21：获取多个卫星和空间碎片的交会事件。
步骤S1中已经筛选出可以和卫星交会的空间碎片，可从中获取多个交会事件。卫星和空间碎片的交会事件包括卫星的质量、空间碎片的质量、交会事件对应的时间。
交会事件中卫星和空间碎片的坐标系为J2000坐标系，该坐标系包括X轴、Y轴和Z轴。
S22：计算卫星在交会事件中的速度。
步骤S22和步骤S23同时进行。
计算卫星在交会事件中的速度包括：
获取卫星在交会事件中的位置，并根据该位置获得卫星在交会事件中的分解速度。
卫星在交会事件中的位置为：
PSi=[xSi，ySi，zSi]T；
其中，Psi表示卫星在第i次交会事件中的位置，xSi表示卫星位置在J2000坐标系下的X轴分量，ySi表示卫星位置在J2000坐标系下的Y轴分量，zSi表示卫星位置在J2000坐标系下的Z轴分量，i为大于0的自然数。
卫星在交会事件中的速度为：
其中，VSi表示卫星在第i次交会事件中的速度，vxSi表示卫星速度在J2000坐标系下X轴分量，vySi表示卫星速度在J2000坐标系下Y轴分量，vzSi表示卫星速度在J2000坐标系下Z轴分量，i为大于0的自然数。
卫星在交会事件中的速度为卫星捕获空间碎片前的速度。
S23：获取空间碎片在交会事件中的速度。
空间碎片在交会事件中的速度为：
VOi=[vxOi，vyOi，vzOi]T；
其中，VOi表示空间碎片在第i次交会事件中的速度，vxOi表示空间碎片速度在J2000坐标系下X轴分量，vyOi表示碎片速度在J2000坐标系下Y轴分量，vzOi表示碎片速度在J2000坐标系下Z轴分量，i为大于0的自然数。
空间碎片在交会事件中的速度为空间碎片被捕获前的速度。
S24：根据卫星的质量、空间碎片的质量、卫星在交会事件中的速度和空间碎片在交会事件中的速度得到卫星捕获空间碎片完成后卫星的速度。
根据卫星的质量、空间碎片的质量、卫星在交会事件中的速度和空间碎片在交会事件中的速度得到卫星捕获空间碎片完成后卫星的速度采用以下公式：
；
其中，Vi’表示卫星捕获空间碎片完成后卫星的速度，ms表示卫星的质量，mOi表示空间碎片的质量，VSi表示卫星在交会事件中的速度，VOi表示空间碎片在交会事件中的速度。
由于捕获系统能够通过形变延展吸收多余能量，因此考虑非弹性碰撞模型，可以认为捕获完成后卫星与空间碎片形成了一个整体，其速度近似一致。此外，捕获过程持续时间较短，可以忽略地球引力等外力对卫星以及空间碎片施加的冲量，因此将该过程在J2000惯性坐标系下简化，并根据冲量守恒定理计算捕获后的和速度：
。
空间碎片的质量通过地面雷达扫射可以估算出来。
步骤S2利用动量守恒和卫星摄动方程，在惯性坐标系下建立并简化动量交换模型，考虑到捕获系统长度有限，卫星捕获空间碎片的过程可以看作瞬时完成，其他摄动力对卫星施加的冲量可以忽略不计，因此将卫星与空间碎片交会过程视为惯性系统，忽略其他设动力的影响，建立卫星与空间碎片的动量模型。通过动量守恒，卫星与空间碎片在捕获的瞬间动量交换，使得卫星沿速度方向有速度增量，进而使得卫星轨道抬升，通过计算速度增量，更好地筛选出可以利用的空间碎片，使得卫星不需要燃料即可升轨，延长卫星的寿命。
S3：根据卫星捕获空间碎片后的卫星速度选择最有价值的空间碎片作为卫星升轨借力跃迁的目标。
步骤S3采用空间碎片选择系统实现。
如图4所示，根据卫星捕获空间碎片后的卫星速度选择最有价值的空间碎片作为卫星升轨借力跃迁的目标包括：
S31：获取卫星捕获空间碎片完成后卫星的速度。
卫星捕获空间碎片完成后卫星的速度包括：根据卫星在交会事件中的速度和空间碎片在交会事件中的速度获取空间碎片借力跃迁后卫星在交会事件中的速度。
具体地，卫星捕获空间碎片完成后卫星的速度采用以下公式：
；
其中，Vi’表示卫星捕获空间碎片完成后卫星的速度，ms表示卫星的质量，mOi表示空间碎片的质量，VSi表示卫星在交会事件中的速度，VOi表示空间碎片在交会事件中的速度。
S32：计算沿捕获空间碎片前的速度方向的速度增量。
计算沿捕获空间碎片前的速度方向的速度增量采用以下公式：
；
其中，表示速度增量，VSi表示卫星在交会事件中的速度，Vi’表示卫星捕获空间碎片完成后卫星的速度。
进一步扩展，沿捕获空间碎片前的速度方向的速度增量的公式为：
；
其中，Vi’表示卫星捕获空间碎片完成后卫星的速度，ms表示卫星的质量，mOi表示空间碎片的质量，VSi表示卫星在交会事件中的速度，VOi表示空间碎片在交会事件中的速度。
S33：计算所述速度增量得到利用空间碎片借力跃迁后的半长轴的变化量。
根据所述速度增量得到利用空间碎片借力跃迁后的半长轴的变化量采用以下公式：
；
其中，表示利用空间碎片借力跃迁后的半长轴的变化量，a为交会历元时刻卫星轨道的半长轴（即卫星与空间碎片交会前的半长轴），e表示交会历元时刻卫星轨道的偏心率，f表示历元时刻卫星轨道的真近点角，为地球引力常数，，表示速度增量。
。
S34：选择使半长轴的变化量最大的空间碎片作为利用价值最大的空间碎片。
步骤S3借力跃迁过程中，基于半长轴增量评估借力跃迁事件，通过卫星轨道信息以及潜在的交会事件，计算捕获后沿卫星原速度方向的速度增量，再逐一计算各个交会事件对卫星提供的半长轴增量以评估该交会事件的利用价值，并选择对升轨最优价值的交会事件对应的借力跃迁的目标和时机。通过本方案，计算简便，以半长轴增量为准则，统一了不同交会事件利用价值的评估方法，便于高价值交会事件的筛选，利于将卫星提升到更高的轨道高度。
S4：在交会事件捕获卫星升轨借力跃迁的目标完成后释放碎片，实现卫星升轨。
步骤S4采用捕获系统实现。
在交会事件捕获卫星升轨借力跃迁的目标包括：
采用软绳系统或网状系统捕获卫星升轨借力跃迁的目标。
本方案首先通过卫星的轨道信息以及空间目标编目数据系统中空间碎片的轨道信息计算交会时机，寻找有机会自然交会、可借力跃迁的空间碎片编码；选择最有价值的空间碎片作为借力跃迁的目标；等待卫星与目标交会时用捕获系统套取该目标，实现动量交换后释放目标实现借力跃迁并标定该空间碎片质量。本方案利用空间碎片进行升轨，无需消耗燃料；捕获后将空间碎片转移至较低轨道，加速其坠入大气层的过程，有利于太空安全；捕获后能够统计空间碎片的准确信息，有利于空间碎片的预警以及再次利用。
根据本发明的第三个具体实施方式，本发明提供一种空间碎片质量的获取系统，包括：第一个具体实施方式的利用空间碎片借力跃迁的卫星升轨的系统、交会前半长轴获取模块、实际半长轴增量模块、实际速度增量模块和碎片质量获取模块。
利用空间碎片借力跃迁的卫星升轨的系统用于捕获并释放空间碎片。
交会前半长轴获取模块用于获取卫星与空间碎片交会前的半长轴。
实际半长轴增量用于根据卫星借力跃迁后的半长轴获取卫星实际半长轴增量。
实际速度增量模块与实际半长轴增量模块通讯地连接，用于根据卫星实际半长轴增量获得卫星实际速度增量。
碎片质量获取模块与实际速度增量模块通讯地连接，用于根据卫星实际速度增量获得空间碎片的质量。
根据本发明的第四个具体实施方式，本发明提供一种空间碎片质量的获取方法，采用第三个具体实施方式的空间碎片质量的获取系统，如图5所示，包括以下步骤：
采用第二个具体实施方式的利用空间碎片借力跃迁的卫星升轨的方法捕获并释放空间碎片。
S5：根据卫星借力跃迁后的半长轴获取卫星实际半长轴增量。
根据卫星借力跃迁后的半长轴获取实际半长轴增量包括：根据卫星与空间碎片交会前的半长轴和卫星借力跃迁后的半长轴获取卫星实际半长轴增量。
根据卫星借力跃迁后的半长轴获取实际半长轴增量采用以下公式：
；
其中，表示实际半长轴增量，a表示卫星与空间碎片交会前的半长轴，a’表示卫星借力跃迁后的半长轴。
S6：根据卫星实际半长轴增量获得卫星实际速度增量。
根据卫星实际半长轴增量获得卫星实际速度增量采用以下公式：
；
其中，表示卫星实际速度增量，表示卫星实际半长轴增量，a表示卫星与空间碎片交会前的半长轴，e表示交会时刻卫星轨道的偏心率，f表示交会时刻卫星轨道的真近点角，为地球引力常数，。
。
S7：根据卫星实际速度增量获得空间碎片的质量。
根据求解空间碎片的质量。
根据卫星实际速度增量获得空间碎片的质量采用以下公式：
；
其中，mOi表示空间碎片的质量，mS表示卫星的质量，表示速度增量，VOi表示空间碎片在交会事件中的速度，VSi表示卫星在交会事件中的速度。
卫星在捕获空间碎片之前，空间碎片的质量是通过地面雷达扫射估算出来的，并不准确，卫星在捕获空间碎片之后，根据卫星捕获前后的速度变化，以及卫星的质量，可以反推出空间碎片的质量，这样可以获得比雷达扫射得到的空间碎片的质量更准确，有利于进一步得到空间碎片的轨道信息。
根据本发明的第五个具体实施方式，本发明提供一种空间碎片库，包括：第三个具体实施方式的空间碎片质量的获取系统、碎片数据库和空间碎片轨道信息的获取系统。
空间碎片质量的获取系统用于获取空间碎片质量。
空间碎片轨道信息的获取系统用于获取空间碎片轨道信息。
碎片数据库用于存储碎片质量并从空间碎片质量的获取系统中获取并更新空间碎片质量；还用于存储空间碎片轨道信息并从空间碎片轨道信息的获取系统中获取并更新空间碎片轨道信息。
根据本发明的第六个具体实施方式，本发明提供一种空间碎片库的更新方法，采用第五个具体实施方式的空间碎片库，包括以下步骤：
采用第四个具体实施方式的方法获取空间碎片质量；
将空间碎片质量更新到碎片数据库中。
碎片数据库还获取空间碎片的轨道信息。
空间碎片的轨道信息通过Spacetrack 网站或其他机构获取。
通过卫星捕获空间碎片前后速度和半长轴的改变，计算出空间碎片的质量，克服对空间碎片的信息掌握不准确的问题，能够准确获得空间碎片质量及其它空间碎片的信息。
以上具体地示出和描述了本发明的示例性实施例。应可理解的是，本发明不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本发明意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。
Claims (8)
1.一种可借力跃迁的空间碎片的获取方法，其特征在于，包括以下步骤：
S11：获取空间碎片库的空间碎片信息；
S12：排除最近第一预定期间内没有发生轨道更新的空间碎片；
S13：筛选出近地点高于卫星的远地点且高度差小于或等于预定距离的空间碎片、以及远地点低于卫星的近地点且高度差小于或等于预定距离的空间碎片；
S14：筛选出空间碎片和卫星两轨道的最小距离小于或等于预定距离的空间碎片；
S15：计算空间碎片与卫星在第二预定期间内所有交会事件的最小距离；
S16：筛选出步骤S15中的最小距离小于或等于预定距离的交会事件；
S17：获取步骤S16的交会事件的空间碎片及第二预定期间内所有交会事件；
步骤S11中，所述空间碎片库包括多个空间碎片的轨道数据，多个空间碎片的轨道数据包括多个空间碎片在第一预定时间内的空间位置及对应时间。
2.根据权利要求1所述的可借力跃迁的空间碎片的获取方法，其特征在于，步骤S12中，所述第一预定期间为30天。
3.根据权利要求1所述的可借力跃迁的空间碎片的获取方法，其特征在于，步骤S12中，采用历元筛选的方法排除最近第一预定期间内没有发生轨道更新的空间碎片。
4.根据权利要求1所述的可借力跃迁的空间碎片的获取方法，其特征在于，步骤S13中，所述预定距离为卫星能够捕获空间碎片的最大距离。
5.根据权利要求1所述的可借力跃迁的空间碎片的获取方法，其特征在于，步骤S14中，所述筛选出空间碎片和卫星两轨道的最小距离小于或等于预定距离的空间碎片的方法包括：
根据空间碎片的轨道和卫星的轨道求解两轨道间的最小距离，如果两轨道的最小距离小于或等于预定距离，筛选出空间碎片。
6.一种可借力跃迁的空间碎片的获取系统，其特征在于，包括：空间碎片获取模块、排除无更新空间碎片模块、近地点远地点筛选模块、距离筛选模块；
空间碎片获取模块与空间碎片库、排除无更新空间碎片模块通讯地连接，用于从空间碎片库中获取空间碎片的信息，并发送给排除无更新空间碎片模块；
排除无更新空间碎片模块与近地点远地点筛选模块通讯地连接，用于排除最近第一预定期间内没有发生轨道更新的空间碎片，并发送给近地点远地点筛选模块；
近地点远地点筛选模块与排除无更新空间碎片模块、距离筛选模块通讯地连接，用于筛选出近地点高于卫星的远地点且高度差小于或等于预定距离的空间碎片、以及远地点低于卫星的近地点且高度差小于或等于预定距离的空间碎片，并发送给距离筛选模块；
距离筛选模块用于筛选出空间碎片和卫星两轨道的最小距离小于或等于预定距离的空间碎片；
距离计算模块，与距离筛选模块通讯地俩姐，用于计算距离筛选后，空间碎片与卫星在第二预定期间内所有交会事件的最小距离；
交会事件筛选模块，与距离计算模块通讯地连接，用于筛选出最小距离小于或等于预定距离的交会事件；
空间碎片及交会事件获取模块，与交会事件筛选模块通讯地连接，用于获取交会事件的空间碎片及第二预定期间内所有交会事件。
7.一种卫星升轨的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：采用权利要求1-5中任一项所述的可借力跃迁的空间碎片的获取方法获取空间碎片；
S2：计算卫星捕获空间碎片后的卫星速度；
S3：根据卫星捕获空间碎片后的卫星速度选择最有价值的空间碎片作为卫星升轨借力跃迁的目标；
S4：在交会事件捕获卫星升轨借力跃迁的目标完成后释放碎片，实现卫星升轨。
8.一种卫星升轨的控制系统，其特征在于，包括：权利要求6所述的可借力跃迁的空间碎片的获取系统、卫星速度获取系统、空间碎片选择系统及捕获系统；
可借力跃迁的空间碎片的获取系统用于获取可借力跃迁的空间碎片；
卫星速度获取系统与可借力跃迁的空间碎片的获取系统通讯地连接，用于计算卫星捕获空间碎片后卫星速度；
空间碎片选择系统与卫星速度获取系统通讯地连接，用于根据卫星速度选择最有价值的空间碎片作为卫星升轨借力跃迁的目标；
捕获系统与空间碎片选择系统通讯地连接，用于在交会事件捕获卫星升轨借力跃迁的目标完成后释放碎片，实现卫星升轨。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410592168.XA CN118163966B (zh) | 2024-05-14 | 空间碎片的获取方法及系统、卫星升轨的方法及控制系统 |
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|---|---|---|---|
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN118163966A CN118163966A (zh) | 2024-06-11 |
| CN118163966B true CN118163966B (zh) | 2024-07-05 |
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108248896A (zh) * | 2017-12-01 | 2018-07-06 | 西北工业大学 | 基于空间碎片运动的无动力空间机动小型航天器及方法 |
| CN109774974A (zh) * | 2019-01-31 | 2019-05-21 | 上海微小卫星工程中心 | 一种用于空间碎片接近的轨道设计方法 |
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108248896A (zh) * | 2017-12-01 | 2018-07-06 | 西北工业大学 | 基于空间碎片运动的无动力空间机动小型航天器及方法 |
| CN109774974A (zh) * | 2019-01-31 | 2019-05-21 | 上海微小卫星工程中心 | 一种用于空间碎片接近的轨道设计方法 |
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