[发明专利]一种基于离轨制动窗口的航天器再入返回任务规划方法

说明书

本发明提供一种基于离轨制动窗口的航天器再入返回任务规划方法，其具体步骤如下：步骤一、计算可达域数据库；步骤二、计算航天器对给定目标点的离轨制动窗口；步骤三、根据离轨制动窗口对再入返回任务进行规划；通过以上步骤，可以实现再入航天器自主在线再入返回任务规划，解决了现有技术需要在地面离线计算的问题，实现了航天器再入返回任务规划的快速性和自主性；本发明所述任务规划方法科学，工艺性好，具有广阔推广应用价值。

技术领域

本发明提供一种基于离轨制动窗口的航天器再入返回任务规划方法，它是一种再入航天器返回指定着陆点的自主在线任务规划方法，适用于升力式再入航天器，属于航空航天；制导、导航与控制技术；轨迹规划领域。

背景技术

近年来随着空间技术的迅速发展，逐渐催生了包括天基武器在内的大量空间新概念武器的研究。天基武器是指在天基平台上部署武器载荷，从空间对敌方重要目标进行快速精确的武器系统，而再入航天器作为天基武器的搭载平台，当接收到打击指令时，需要制动进入大气层返回到指定着陆点。

再入航天器的过程可以描述为航天器首先沿原轨道滑行到离轨点，在离轨点处产生速度冲量进行制动，然后航天器沿着制动后的轨道滑行到再入点，最后由再入点飞行到达指定着陆点。由上述过程可以看出，离轨点的位置和速度冲量决定了再入点的精度，而再入点的精度又决定了着陆精度。因此，再入返回任务规划方法主要是根据航天器当前位置和指定着陆点计算处满足要求的离轨点位置和速度冲量。然而传统的规划方法通常在地面离线完成，不适用于天基武器这类具有突发性特点的系统，因此有必要发展一种自主在线的返回任务规划方法。

综上所述，本发明提出了一种航天器的自主在线返回任务规划方法，该方法适用于再入航天器任意时刻返回任意着陆点的再入返回任务规划，具有一定独创性。

发明内容

(一)本发明的目的

本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种基于离轨制动窗口的航天器再入返回任务规划方法，该方法基于再入飞行器本身机动能力包络和平台在轨飞行状态进行轨道拼接，分析获得一定时间范围内的再入返回方案集，以解决现有技术的不足，实现航天器的自主在线返回任务规划。

(二)技术方案

本发明一种基于离轨制动窗口的航天器再入返回任务规划方法，其具体步骤如下：

步骤一、计算可达域数据库；

地面首先进行再入飞行弹道性能仿真分析，形成不同再入条件的可达域数据库，装订于星上任务规划系统的包括再入角-横程能力数据表，用于进行再入角及可达域数据库快速选择；

步骤二、计算航天器对给定目标点的离轨制动窗口；

根据得到的再入航天器可达域数据库，结合速度冲量的计算公式，可以计算得到满足再入条件的离轨制动窗口；

步骤三、根据离轨制动窗口对再入返回任务进行规划；

根据任务需求对决策准则进行加权组合，从得到的再入返回方案集中选择一条最优再入返回轨迹。

其中，在步骤一中所述的“计算可达域数据库”，其具体作法为地面首先进行再入飞行弹道性能仿真分析，形成不同再入条件的可达域数据库，其中可达域的具体计算步骤叙述如下：

①计算满足再入约束条件的最大纵程轨迹优化问题；

②计算满足再入约束条件的最小纵程轨迹优化问题；

③对最小纵程和最大纵程进行等分，计算固定纵程下的左右最大横程轨迹优化问题；

④依次连接计算得到的最小纵程轨迹、各固定纵程下左右最大横程轨迹以及最大纵程轨迹的终点，得到航天器的再入可达域。

其中，在步骤二中所述的“计算航天器对给定目标点的离轨制动窗口”，其具体作法如下：