[发明专利]一种基于二维落点走廊表征的行星进入飞行航程预测方法

权利要求书

1.一种基于二维落点走廊表征的行星进入飞行航程预测方法，其特征在于：包括如下步骤，

步骤1：建立行星进入段动力学模型；

步骤2：设计用于得到最大飞行航程的行星进入轨迹优化模型，实现最大飞行航程的行星进入轨迹优化；

步骤3：设计采用高斯过程回归的行星进入航程范围预测模型，实现基于二维落点走廊的行星进入飞行航程预测。

2.如权利要求1所述的一种基于二维落点走廊表征的行星进入飞行航程预测方法，其特征在于：还包括步骤4，利用步骤3所述的采用高斯过程回归方法的行星进入航程范围预测模型，实现对不同进入场景、不同航天器参数组合下航天器所能达到的最大航程范围进行预测评估。

3.如权利要求2所述的一种基于二维落点走廊表征的行星进入飞行航程预测方法，其特征在于：还包括步骤5，利用步骤4预测评估结果进行如下分析，进而解决行星进入领域相关工程问题；所述的分析包括：(1)分析不同的进入速度、升阻比、弹道系数以及过程约束对行星进入航天器所能达到的最大航程范围的影响；(2)对行星进入轨迹进行特性分析。

4.如权利要求1、2或3所述的一种基于二维落点走廊表征的行星进入飞行航程预测方法，其特征在于：步骤1具体实现方法如下，

考虑行星自转，采用如下动力学模型：

其中，r为行心距、Ω为行星自转角速度、g为行星当地重力加速度、V为航天器速度、t为时间；θ分别为经度、纬度、γ航迹角、ψ航向角和σ倾侧角；在速度域上给出多个倾侧角的值，通过插值得到倾侧角曲线；L、D为升力加速度和阻力加速度，表示为：

L＝kD

其中，β为弹道系数、k为升阻比，ρ为行星大气密度。

5.如权利要求4所述的一种基于二维落点走廊表征的行星进入飞行航程预测方法，其特征在于：步骤2具体实现方法如下，

步骤2.1：建立行星进入轨迹优化模型目标函数J；

行星进入航天器的飞行航程范围通常由探测器飞行的横程L_C、纵程L_D构成的二维落点走廊来表征；行星进入段的最大的航程范围由最大横程、最小纵程和最大纵程构成，因此为求解行星进入最大航程范围，只需分别求解行星进入段最大横程、最小纵程和最大纵程；由于在求解行星进入航天器的最大飞行航程范围时，行星进入轨迹的过程约束和终端约束相同，所以只需将目标函数J进行相应的调整；

纵程L_D与横程L_C表示为：

L_D＝R_mβ_D

L_C＝R_mβ_C

其中，R_m为行星半径，β_D、β_C分别为纵程、横程所对应的地心角；

β_D＝acos(cos(β₀)/cos(β_C))

β_C＝asin(sin(β₀)sin(ψ₀-ψ_b))

其中，ψ₀为初始点的航向角，β₀、ψ_b为求解纵程、横程对应的地心角的中间量，表示为：

其中，θ₀、为进入点初始经纬度

因此，当求解最大横程时：

目标函数J＝-L_C

当求解最大纵程时：

目标函数J＝-L_D

当求解最小纵程时：

目标函数J＝L_D

步骤2.2：确立行星进入轨迹优化模型过程约束；

过载F的约束，反映航天器或航天员能够承受的最大减速加速度F_max：

热流密度Q的约束，反映航天器能够承受的热流峰值Q_max:

其中，Q_z为热流密度系数，V_e为参考速度，ρ₀为参考密度；

对于进入过程中的最小高度h_min，

约束时：h≥h_min；

不约束时：h≥h_f，h_f为减速装置开启时航天器的高度；

步骤2.3：确立行星进入轨迹优化模型终端约束；

终端马赫数M_term约束，反映保证减速装置能够正常启动时的速度区间

M_fmin≤M_term≤M_fmax

终端高度约束：

h_term＝h_f

步骤2.4：通过优化方法实现最大飞行航程的行星进入轨迹优化；

将倾侧角σ作为优化变量，通过优化方法对在速度域上给出的多个倾侧角进行优化，通过插值得到优化的倾侧角曲线，再利用步骤1所建立的行星进入段动力学模型进行目标函数J的计算，实现最大飞行航程的行星进入轨迹优化。