[发明专利]太阳系边际探测电推进转移轨道设计方法及系统

权利要求书

1.一种太阳系边际探测电推进转移轨道设计方法，其特征在于，包括：

步骤S1：建立深空电推进-借力转移轨道设计模型，包括行星借力轨道模型和电推进轨道模型，并设定飞行序列；

步骤S2：根据设定的飞行序列，设定探测器从地球以接近1:2共振比出发，以弹道飞行的方式对优化变量进行猜测，利用Sims-Flanagan模型进行轨道递推，获得发射参数、行星借力参数、转移时间以及燃料消耗参数；

步骤S3：设定发射C3、借力高度约束条件，根据Sims-Flanagan模型和借力轨道模型，利用SQP算法进行初步优化；

步骤S4：根据初步优化结果，采用轨道动力学模型，依据间接法进行再优化，获取最终解；

所述步骤S1具体包括：

步骤S1.1：根据太阳能推进推力大小和比冲具有跳跃、不连续的性质，对推力大小和比冲进行平滑化处理，在确保精度的同时，将推力和比冲函数改造为连续可导函数；

步骤S1.2：对电推进轨道进行离散化处理，建立日心二体电推进Sims-Flanagan模型；

步骤S1.3：考虑八大行星的引力影响，建立日心多体轨道模型，采用最优控制理论的间接法推导，得到打靶方程，该方程的迭代变量包含6个协状态初值，迭代目标也借力时刻的位置和速度；

所述步骤S2具体包括：

步骤S2.1：根据设定的飞行序列，设定探测器从地球以接近1:2共振比沿着地球切向出发；

步骤S2.2：设定推力大小为零，以弹道飞行的方式对地球、木星和海王星借力双曲线超速矢量、探测器质量以及飞越历元进行猜测；

步骤S2.3：利用Sims-Flanagan模型进行轨道递推，获得发射参数、行星借力参数、转移时间以及燃料消耗在内的相关参数，逐步迭代调整直至满足轨道连续性，完成优化变量初值猜测。

2.根据权利要求1所述的太阳系边际探测电推进转移轨道设计方法，其特征在于，所述步骤S1中，所设定的飞行序列为地球-地球-木星-海王星。

3.根据权利要求1所述的太阳系边际探测电推进转移轨道设计方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：

步骤S3.1：设定发射C3和借力高度约束条件；

步骤S3.2：采用Sims-Flanagan模型和借力轨道模型，利用SQP算法进行初步优化；

步骤S3.3：根据初步优化结果，获取各阶段行星借力、探测器质量以及转移时间轨道参数，作为 间接法优化的初始解。

4.根据权利要求1所述的太阳系边际探测电推进转移轨道设计方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：

步骤S4.1：根据初步优化结果，对转移轨道进行阶段划分，整理各阶段的借力参数；

步骤S4.2：采用间接法对各个阶段的优化进行建模，获得各阶段两点边值问题；

步骤S4.3：对两点边值问题进行打靶迭代，采用多变量牛顿迭代，构建迭代方程，进行循环计算，直至满足指定精度，获取最终解。