[发明专利]火星捕获制动控制高保真仿真方法及装置

说明书

  

技术领域

本发明涉及火星探测轨道控制领域，特别涉及一种火星捕获制动控制高保真仿真方法及系统。 

  

背景技术

火星捕获制动是探测器进入火星影响球开始至轨控发动机关机的飞行阶段，火星探测器从地火转移段进入捕获制动段后，相对于火星沿着双曲线轨道飞行，其飞行速度大。为了使火星探测器进入设计的任务轨道，必须对火星探测器进行减速制动控制。与近地卫星变轨和近月制动不同，火星探测器的飞行距离远，测控通信延时大，而且捕获制动的机会只有一次，一旦捕获失败，火星探测器要么飞出火星影响球称为绕太阳的行星探测器，要么撞击火星。所以捕获制动是火星探测的关键技术之一。 

 [0005] 火星捕获制动控制为有限推力长弧段动力飞行过程，推力弧段越长，推力重力损失越大，因此，捕获制动控制的合理选择以获得合适的控后轨道和节省能量为优化目标，使火星探测器最终进入环火飞行的目标工作轨道。

  

发明内容

本发明的目的在于提供一种火星捕获制动控制高保真仿真方法及系统，能够对在火星捕获制动阶段的火星探测器进行精确控制，结果参数的优化精度高于4%。 

为解决上述问题，本发明提供一种火星捕获制动控制高保真仿真方法，包括： 

建立火星捕获制动控制的动力学模型；

根据所述动力学模型并采用非线性优化算法生成火星捕获制动仿真系统，向火星捕获制动仿真系统输入第一参数，以获取从所述火星捕获制动仿真系统输出的结果参数，所述第一参数包括：火星探测器进入火星影响球的速度、火星探测器质量、发动机参数以及目标轨道参数，所述结果参数包括：点火时刻、点火时长、制动前近火点半径以及匀角速率。

进一步的，在上述方法中，火星捕获制动控制的动力学模型的公式如下： 

 ，

其中，是火星作为质点的中心引力加速度，为火星引力常数，为火星惯性坐标系上探测器距离火星中心的位置矢量，为与对应的标量，为发动机推力，为第三体引力、太阳光压和火星非球形引力的摄动力加速度之和。 

进一步的，在上述方法中，，其中， 

为第三体引力的摄动力加速度，，为第三体的万有引力常数，为第三体到火星探测器的矢量，为火星到第三体的矢量；

为太阳光压的摄动力加速度，，为表面反射系数，为阳光单位面积的平均辐射功率，为光速，为火星控制器表面法向的单位矢量；

为火星非球形引力的摄动加速度，

，式中即火心引力常数，是火星参考椭圆球体赤道半径，、为配套的一组谐系数，、反映了火星引力位的非球形特征，、、是火固坐标系中卫星所在的空间点的球坐标：火心距、火心纬度和从火星本初子午线方向起量的经度，将分成带谐项和田谐项两个部分：，

其中，，

。 

进一步的，在上述方法中，根据所述动力学模型并采用非线性优化算法生成火星捕获制动仿真系统，向火星捕获制动仿真系统输入第一参数，以获取从所述火星捕获制动仿真系统输出的结果参数的步骤之后还包括：根据国外成功发射的火星探测器捕获制动时的参数对所述火星捕获制动仿真系统进行修正。 

进一步的，在上述方法中，根据国外成功发射的火星探测器捕获制动时的参数对所述火星捕获制动仿真系统进行修正的步骤中，通过增加的高阶项和对所述火星捕获制动仿真系统进行修正。 

进一步的，在上述方法中，所述国外成功发射的火星探测器包括：奥德赛、火星快车、火星勘探轨道器。 

  

根据本发明的另一面，提供一种火星捕获制动控制高保真仿真装置，包括：

动力学模型模块，用于建立火星捕获制动控制的动力学模型；

仿真系统模块，用于根据所述动力学模型并采用非线性优化算法生成火星捕获制动仿真系统，向火星捕获制动仿真系统输入第一参数，以获取从所述火星捕获制动仿真系统输出的结果参数，所述第一参数包括：火星探测器进入火星影响球的速度、火星探测器质量、发动机参数以及目标轨道参数，所述结果参数包括：点火时刻、点火时长、制动前近火点半径以及匀角速率。

进一步的，在上述装置中，火星捕获制动控制的动力学模型的公式如下： 

 ，

其中，是火星作为质点的中心引力加速度，为火星引力常数，为火星惯性坐标系上探测器距离火星中心的位置矢量，为与对应的标量，为发动机推力，为第三体引力、太阳光压和火星非球形引力的摄动力加速度之和。 

进一步的，在上述装置中，，其中，