[发明专利]空间碎片清除系统和方法及其任务规划方法

说明书

本发明公开了一种空间碎片清除系统和方法及其任务规划方法，空间碎片清除方法包括：任务卫星携带多个推进离轨装置至目标碎片处；任务卫星释放一个推进离轨装置，推进离轨装置推动目标碎片至坟墓轨道；任务卫星机动至下一目标碎片处，重复上述操作。空间碎片清除任务规划方法包括采用免疫遗传算法进行顶层优化，获取最优任务序列；采用粒子群优化算法进行底层优化，获取最优转移轨道。本发明的空间碎片清除系统和方法及其任务规划方法，任务卫星只需在多个待清除碎片之间进行机动即可，可以获取使整个任务燃料消耗最小的最优任务序列及携带的最优离轨推进装置的数量，使碎片清除过程的燃料消耗量较小，效率较高。

技术领域

本发明涉及航天安全技术领域，尤其涉及一种空间碎片清除系统和方法及其任务规划方法。

背景技术

随着人类空间活动越来越频繁，空间碎片不断产生，已经成为了空间污染的主要来源。根据太空监视网(SSN)的报告，截止2018年，空间目标已经达到了18,000多个，其中90％为空间碎片。地球同步轨道(GEO)是重要的轨道资源。然而，大量的空间碎片占据了GEO轨道，并威胁着轨道上航天器的安全。近年来，人们提出，每年至少对5个空间碎片进行主动清除，才能保证空间环境的稳定。

现有技术中一般通过下述方式进行空间碎片的清除：任务卫星机动至空间碎片处，通过机械臂或者空间绳网等对空间碎片进行抓捕，然后任务卫星机动至坟墓轨道，机械臂或者空间绳网释放空间碎片。通过上述过程将目标碎片转移至坟墓轨道，完成空间碎片的清除。

发明人发现现有技术至少存在以下问题：任务卫星在进行多个空间碎片的清除时，需要反复往返于地球同步轨道和坟墓轨道之间，机动量较大，消耗燃料较多，耗时较长，工作效率低下。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种空间碎片清除系统和方法及其任务规划方法。具体技术方案如下：

第一方面，提供了一种空间碎片清除系统，所述系统包括：任务卫星、空间基地和推进离轨装置；所述任务卫星，用于携带所述推进离轨装置至目标碎片处然后释放所述推进离轨装置；所述推进离轨装置，用于推动目标碎片至坟墓轨道；所述空间基地，用于向所述任务卫星补给燃料和所述推进离轨装置。

第二方面，提供了一种空间碎片清除方法，所述方法包括：

S101，任务卫星携带多个推进离轨装置至目标碎片处；

S102，所述任务卫星释放一个所述推进离轨装置，所述推进离轨装置推动目标碎片至坟墓轨道；

S103，所述任务卫星机动至下一目标碎片处，重复S102；

S104，所述任务卫星的燃料或推进离轨装置不足时，返回空间基地进行补充。

第三方面，提供了一种空间碎片清除任务规划方法，所述方法包括：采用免疫遗传算法进行顶层优化，获取最优任务序列；采用粒子群优化算法进行底层优化，获取最优转移轨道。

在一种可能的设计中，所述方法包括：

S201，设置参数以初始化粒子群和抗体；

S202，通过粒子群优化算法在底层优化中计算适应度；

S203，计算基于适应度值和抗体浓度的亲和力；

S204，根据亲和力选择记忆细胞，在顶层优化的免疫遗传算法中执行选择、交叉和变异操作；

S205，重复步骤S202至S204直至达到最大迭代次数。

在一种可能的设计中，在底层优化中采用惯性权重改进的粒子群优化算法，包括：