[发明专利]基于极地悬停卫星轨道的系统设计方法

摘要

本发明提供了一种基于极地悬停卫星轨道的系统设计方法，通过对极地悬停卫星的工作轨道进行设计与特性分析来完成整星的系统设计和转移轨道设计，包括：描述极地悬停卫星的动力学运动并对极地悬停卫星的控制特性计算，从而对其工作轨道进行设计优化以获得优化设计参数；根据优化设计参数对作为极地悬停卫星的各分系统的质量等属性进行计算，从而获得极地悬停卫星有效载荷的最大质量；分别确定极地悬停卫星的转移轨道的转移段轨道和发射段轨道，并对所获得的轨道参数进行优化，从而设计出最优的转移轨道。因此，本发明方案原理简单，易于求解，计算结果对于工程实现有很大的指导意义，并且可应用于极地观测、通信等需求的极地悬停卫星任务设计阶段。

主权项

1.一种基于极地悬停卫星轨道的系统设计方法，通过对极地悬停卫星的工作轨道进行设计与特性分析来完成整星的系统设计和转移轨道设计，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，对所述极地悬停卫星的动力学运动进行描述，并对所述极地悬停卫星的控制特性进行计算，从而对其工作轨道进行设计优化以获得优化设计参数；步骤二，根据所述优化设计参数，对作为所述极地悬停卫星的各分系统的属性进行计算，从而获得所述极地悬停卫星有效载荷的最大质量；以及步骤三，分别确定所述极地悬停卫星的转移轨道的转移段轨道和发射段轨道，并对所获得的轨道参数进行优化，从而设计出最优的转移轨道，其中，所述属性至少包括质量，在所述步骤一中，采用圆形限制性三体模型，对所述极地悬停卫星的动力学运动进行描述，在固定的悬停高度条件下，对所述极地悬停卫星的控制特性进行分析，采用最优控制问题的方式，对所述极地悬停卫星的工作轨道进行设计优化，利用最优控制数值优化软件包计算所述最优控制问题，以所述极地悬停卫星的控制特性的分析结果作为优化算法的初值，从而得到燃料最省的工作轨道以及控制加速度和控制力的时间历程，所述极地悬停卫星的动力学运动方程为：其中，所述动力学运动在旋转坐标系中定义，坐标原点在日地系统质心，x轴为太阳指向地球方向，z轴为日地系统旋转角速度矢量方向，y轴构成右手直角坐标系，r为所述旋转坐标系下所述极地悬停卫星的位置矢量，v为所述极地悬停卫星的速度矢量，w为所述旋转坐标系的角速度矢量，a_T为控制加速度并且其模用a_T表示，m为所述极地悬停卫星的质量，I_sp为电推进发动机比冲，g₀为海平面重力加速度，U为势能函数并且形式为μ₁、μ₂分别为太阳和地球的引力常数，r₁、r₂分别为太阳和地球的位置矢量，r_x、r_y分别为极地悬停卫星的位置矢量在x轴和y轴的分量。