[发明专利]一种考虑始末约束的多体系统低能量捕获轨道方法

摘要

本发明公开的一种考虑始末约束的多体系统低能量捕获轨道方法，特别涉及一种考虑初始和终端状态约束的低能量捕获轨道方法，属于航空航天技术领域。本发明实现方法为：基于多体系统和弱稳定边界理论，利用太阳的引力作用辅助行星捕获，通过对到达天体的双曲线轨道倾角进行筛选并施加轨道修正，实现满足终端约束的捕获轨道设计，利用B平面参数实现精确的从地球出发的星际转移轨道和弱稳定边界轨道的匹配，探测器仅通过两次制动和一次轨道修正最终进入任务轨道。本发明具有所需速度增量小、适用范围广、方法易实现的优点。

主权项

1.一种考虑始末约束的多体系统低能量捕获轨道方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤一：根据选择的目标天体和任务时间，在日心黄道系下进行星际转移发射窗口搜索，确定速度增量Δv最小的转移机会；步骤二：建立天体赤道惯性坐标系，根据步骤一得到的速度增量Δv最小的转移机会对应的双曲超速V∞，给定近心点半径rp，计算不同轨道倾角i下的近心点位置速度Rp,Vp；步骤三：在近心点对探测器施加机动，使轨道进入弱稳定边界轨道；根据步骤二得到的双曲线轨道近心点位置速度Rp,Vp，沿速度反向施加机动使探测器的轨道偏心率略小于1，进入弱稳定边界轨道，探测器施加机动后的近心点状态记为位置Rpc和速度Vpc；探测器在弱稳定边界轨道的运动虽然保持稳定，但受到多体摄动影响，轨道根数与初始参数相比会发生变化，特别是轨道的近心点半径rp和轨道倾角i，因此用于低能量的轨道改变；步骤四：在天体赤道惯性系下建立多体动力学方程，对步骤三得到的弱稳定边界轨道积分，记录轨道多次经过近心点时的近心点半径rpf和轨道倾角if，并绘制不同的施加机动后近心点初始状态对应的近心点半径rpf和轨道倾角if分布图；步骤五：根据任务轨道的终端约束，选择与终端约束最接近的弱边界轨道初始倾角作为双曲线轨道倾角，利用B平面法获得精确的星际转移和双曲线轨道，满足轨道初始发射约束；步骤六：以任务轨道终端约束作为目标，对步骤五选定的弱稳定边界轨道进行轨道修正，得到修正后的弱稳定边界轨道，保证弱稳定边界轨道到达近心点时满足任务轨道终端约束；步骤七：探测器沿步骤六修正后的弱稳定边界轨道到达满足约束的近心点后，施加制动，实现任务轨道入轨，完成低能量轨道捕获；探测器沿弱稳定边界轨道到达任务轨道的近心点后，根据任务轨道的偏心率约束，沿速度反向施加相应的机动，即能够进入任务轨道，完成低能量轨道捕获。