[发明专利]一种升降轨双模式的电动力绳系轨道转移方法及系统

说明书

本发明涉及一种适用于升降轨双模式的电动力绳系轨道转移方法及系统，系统包括：导电绳系、等离子体接触器、释放展开及回收装置、绳系控制单元。变轨阶段，针对导电绳系采取电流开断控制策略，实时监测系统运动状态，确定电流回路开或断。本发明实现飞行器升降轨双模式复用一套绳系系统，考虑轨道转移的升轨和降轨的兼容性和适应性，紧密结合任务应用模式，控制策略简化了对飞行器平台的控制要求，工程易实现。

技术领域

本发明属于电动力绳系推进技术领域，特别是一种适用于升降轨双模式的电动力绳系轨道转移方法及系统。

背景技术

利用电动力绳实现推进，推进过程中不需要消耗飞行器所携带的推进剂，可有效降低飞行器重量。对于长期在轨的空间运输飞行器，在轨道维持及轨道转移时间要求不高的情况下，可利用电动力绳推进。由于绳系可进行释放回收，实现在轨重复利用，因此，可大量节省纯用化学推进所消耗的推进剂，延长在轨飞行器的工作寿命。

目前，国内外的研究重点在利用电动力绳进行离轨，研究电动力绳进行升轨的文献较少。文献“基于电动力绳系的航天器离轨方式初步研究”(作者：徐大富，孙克新，孔宪仁，王本利)，对电动力绳系离轨装置进行了研究,建立了数学模型,推导出离轨时间预估公式,对离轨的过程进行了数学仿真。文献“绳系卫星释放和回收的动力学控制”研究释放和回收环节的相关动力学与控制问题(作者：文浩)。文献“Performance Analysis ofElectrodynamic Tether Orbit Transfer System for Round Trip Mission”研究了电动力绳轨道转移的性能分析。综合国内外研究文献来看，电动力绳推进方法和系统研究还存在以下不足：

1)大部分研究集中在降轨模式，升轨模式研究较少，应用于升降轨的任务模式研究还没有太多涉及；

2)电动力绳系统设计，未考虑轨道转移的升轨和降轨的兼容性和适应性；

3)动力学控制方案没有考虑全阶段的设计，未和任务应用模式紧密结合，且一般控制策略研究不太考虑工程化的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本发明提出一种适用于升降轨双模式的电动力绳轨道转移方案，解决了轨道转移的升轨和降轨的兼容性和适应性问题，简化了对飞行器平台的控制要求，工程易实现。

本发明的技术解决方案包括以下步骤：

一种升降轨双模式的电动力绳系轨道转移方法，包括步骤如下：

1)飞行器开始变轨工作，若需要升高飞行器轨道则进入步骤2)，若需要降低飞行器轨道则进入步骤3)；

2)使用电动力绳系转移升高飞行器轨道，进入步骤4)；

3)使用电动力绳系转移降低飞行器轨道，进入步骤4)；

4)回收电动力绳系。

所述使用电动力绳系转移升高飞行器轨道的具体方法为：

21)释放电动力绳系的导电绳系，控制导电绳系的面内摆角和面外摆角均不超过25°；

22)当导电绳系完全展开，向导电绳系输出外部供电，启动电动力绳系的等离子体接触器；

23)控制等离子体接触器间断向空间发射电荷，保证导电绳系的面内摆角和面外摆角均不超过50°；

24)升高飞行器轨道至预定轨道，电动力绳系停止工作。

所述使用电动力绳系转移降低飞行器轨道的具体方法为：

31)释放电动力绳系的导电绳系，控制导电绳系的面内摆角和面外摆角均不超过25°；

32)当导电绳系完全展开，启动电动力绳系的等离子体接触器；