[发明专利]一种洛伦兹航天器悬停控制方法

摘要

传统航天器轨道控制一般采用化学推进方式，因而任务周期受所携推进工质质量制约，尤其是对能量需求较高的低轨悬停控制，所需能量之多限制了采用传统推进方式对低轨空间目标长期悬停的可实现性。本发明提出了一种采用带电洛伦兹航天器在地磁场中运动时受到的洛伦兹力与传统推力器推力联合控制的燃料最优悬停控制方法，创新性地解决了这一问题，将悬停可实现范围延伸至低轨。本发明基于建立的地球非球形摄动作用下的洛伦兹航天器相对运动模型，给出了燃料最优条件下实现悬停所需的洛伦兹航天器最优荷质比与推力器提供的最优控制加速度。

主权项

一种航天器悬停控制方法，应用于非地球静止或地球同步轨道空间目标的悬停，按以下步骤进行：步骤一：给定初始时刻目标轨道参数与地磁场参数，给定悬停构型；步骤二：各轴悬停距离计算：计算追踪器与目标器的相对位置矢量在相对运动坐标系中的各轴向分量；步骤三：悬停所需总控制加速度计算：推导J₂摄动作用下洛伦兹力辅助悬停动力学方程，根据悬停定义，计算实现悬停所需的各轴向总控制加速度；步骤四：悬停所需洛伦兹航天器最优荷质比计算：以任务历时内实现悬停所需的速度增量消耗最优为指标，求解欧拉‑拉格朗日方程得到该指标下洛伦兹航天器最优荷质比轨迹；步骤五：悬停所需最优洛伦兹加速度及推力器提供的最优控制加速度计算：将洛伦兹航天器最优荷质比代入洛伦兹加速度定义式得到最优洛伦兹加速度，通过力的分解得到实现悬停所需的由推力器提供的最优控制加速度。