空间平台机动策略及可行性研究
发布时间：2021-09-03 09:29
空间平台机动策略的多样化和实用化是研制空间应用飞行器要重点思考的问题。通过空间平台机动策略及可行性研究,提出了一种能够实现空间平台多功能应用的机动方案,解决了适用于多类应用模式的变轨方式设计问题以及能量需求可行性分析问题,为打造复合型全球空间快速机动能力奠定了基础。
【文章来源】：导弹与航天运载技术. 2020,(06)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
空间平台机动策略总体思路Fig.1TheOverallTechnicalSchematicofOrbitManeuverMultifunctionalStrategyinSpacePlatform
导弹与航天运载技术2020年22空间平台机动策略变轨方式分析空间平台机动策略所述的降轨快速响应、升轨在轨服务、离轨对地执行任务等，都以轨道动力学为基础，本节对适用于策略的变轨方式进行分析。2.1适用于降轨快速响应的霍曼转移变轨方式从策略总体角度分析，空间平台应具备多次从工作轨道往返快响轨道的能力，所以应采取节省能量的霍曼转移方式。在霍曼转移变轨过程中，空间平台通过两次点火获得两次脉冲推力，霍曼转移轨道与变轨前后两条轨道相切[1]。空间平台的霍曼转移变轨过程如图2所示。图2霍曼转移变轨Fig.2HormanOrbitalTransferTechniquen1—工作轨道角速度；n2—快响轨道角速度；1v—空间平台第1次变轨需要的速度增量；2v—空间平台第2次变轨需要的速度增量；C—远地点；B—近地点工作轨道角速度、快响轨道角速度分别为n1、n2，工作轨道半径、快响轨道半径分别为1r、2r，则有：311n/r（1）322n/r（2）工作轨道速度、快响轨道速度分别为v1、v2，则，11v/r（3）22v/r（4）根据图2得轨道半长轴：1121()2arr（5）则可知空间平台在霍曼转移轨道远地点C速度为1112vra（6）根据式（3）、式（6）可得空间平台第1次变轨需要的速度增量为111vvv（7）同理，空间平台在近心点B的速度为2212vra（8）根据式（4）、式（8），空间平台第2次变轨需要的速度增量为222vvv（9）由式（7）、式（9
vra（8）根据式（4）、式（8），空间平台第2次变轨需要的速度增量为222vvv（9）由式（7）、式（9）可得霍曼转移变轨空间平台的速度脉冲数量之和为12vvv（10）2.2适用于升轨在轨服务的空间交会变轨方式空间平台对高轨目标实施在轨服务是一个空间交会过程，工作轨道与目标轨道之间不仅存在轨道高度差异，还存在轨道倾角差异，因此，空间交会变轨将包括一个同平面的霍曼转移和一个轨道平面的机动过程。空间交会变轨过程如图3所示。转移完成后假设t0时刻目标处于P0点，空间平台处于P1点并且其速度矢量为1-v，通过发动机点火变轨施加速度增量v，使得空间平台在P1点的速度矢量调整为1+v并进入转移轨道，经过一段时间飞行，目标和空间平台同时到达P2点，空间平台通过精确末制导实现对目标的空间交会服务。v可通过普适变量解高斯问题求得[2]。图3空间交会变轨示意Fig.3TheTechnicalSchematicofOrbitManeuverduringSpaceRendezvousΔf—转移轨道P2和P1点真近点角差值1r、2r、1+v3个矢量关系以普适变量表示，如式（11）、式（12）所示。211cosfprF（11）12sinfprrG（12）解出1+v如式（13）所示：211+rFrv=G-（13）式中p为半通径；为地球引力常数。则可求出空间平台的速度需求为11Δ+－v=v-v（14）2.3适用于对地任务的有效载荷离轨方式为充分发挥空间平台空间应用价值，需为有效载荷配置离轨舱，由离轨舱携有效载荷轨道机动
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国运载火箭技术发展[J]. 鲁宇. 宇航总体技术. 2017(03)
[2]美国高轨抵近操作卫星MiTEx飞行任务及启示[J]. 蒙波,黄剑斌,李志,王爱明. 航天器工程. 2014(03)
[3]基于遗传算法的连续推力最短时间转移轨道设计[J]. 高怀,朱战霞,刘剑. 西北工业大学学报. 2012(02)
本文编号：3380861
【文章来源】：导弹与航天运载技术. 2020,(06)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
空间平台机动策略总体思路Fig.1TheOverallTechnicalSchematicofOrbitManeuverMultifunctionalStrategyinSpacePlatform
导弹与航天运载技术2020年22空间平台机动策略变轨方式分析空间平台机动策略所述的降轨快速响应、升轨在轨服务、离轨对地执行任务等，都以轨道动力学为基础，本节对适用于策略的变轨方式进行分析。2.1适用于降轨快速响应的霍曼转移变轨方式从策略总体角度分析，空间平台应具备多次从工作轨道往返快响轨道的能力，所以应采取节省能量的霍曼转移方式。在霍曼转移变轨过程中，空间平台通过两次点火获得两次脉冲推力，霍曼转移轨道与变轨前后两条轨道相切[1]。空间平台的霍曼转移变轨过程如图2所示。图2霍曼转移变轨Fig.2HormanOrbitalTransferTechniquen1—工作轨道角速度；n2—快响轨道角速度；1v—空间平台第1次变轨需要的速度增量；2v—空间平台第2次变轨需要的速度增量；C—远地点；B—近地点工作轨道角速度、快响轨道角速度分别为n1、n2，工作轨道半径、快响轨道半径分别为1r、2r，则有：311n/r（1）322n/r（2）工作轨道速度、快响轨道速度分别为v1、v2，则，11v/r（3）22v/r（4）根据图2得轨道半长轴：1121()2arr（5）则可知空间平台在霍曼转移轨道远地点C速度为1112vra（6）根据式（3）、式（6）可得空间平台第1次变轨需要的速度增量为111vvv（7）同理，空间平台在近心点B的速度为2212vra（8）根据式（4）、式（8），空间平台第2次变轨需要的速度增量为222vvv（9）由式（7）、式（9
vra（8）根据式（4）、式（8），空间平台第2次变轨需要的速度增量为222vvv（9）由式（7）、式（9）可得霍曼转移变轨空间平台的速度脉冲数量之和为12vvv（10）2.2适用于升轨在轨服务的空间交会变轨方式空间平台对高轨目标实施在轨服务是一个空间交会过程，工作轨道与目标轨道之间不仅存在轨道高度差异，还存在轨道倾角差异，因此，空间交会变轨将包括一个同平面的霍曼转移和一个轨道平面的机动过程。空间交会变轨过程如图3所示。转移完成后假设t0时刻目标处于P0点，空间平台处于P1点并且其速度矢量为1-v，通过发动机点火变轨施加速度增量v，使得空间平台在P1点的速度矢量调整为1+v并进入转移轨道，经过一段时间飞行，目标和空间平台同时到达P2点，空间平台通过精确末制导实现对目标的空间交会服务。v可通过普适变量解高斯问题求得[2]。图3空间交会变轨示意Fig.3TheTechnicalSchematicofOrbitManeuverduringSpaceRendezvousΔf—转移轨道P2和P1点真近点角差值1r、2r、1+v3个矢量关系以普适变量表示，如式（11）、式（12）所示。211cosfprF（11）12sinfprrG（12）解出1+v如式（13）所示：211+rFrv=G-（13）式中p为半通径；为地球引力常数。则可求出空间平台的速度需求为11Δ+－v=v-v（14）2.3适用于对地任务的有效载荷离轨方式为充分发挥空间平台空间应用价值，需为有效载荷配置离轨舱，由离轨舱携有效载荷轨道机动
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国运载火箭技术发展[J]. 鲁宇. 宇航总体技术. 2017(03)
[2]美国高轨抵近操作卫星MiTEx飞行任务及启示[J]. 蒙波,黄剑斌,李志,王爱明. 航天器工程. 2014(03)
[3]基于遗传算法的连续推力最短时间转移轨道设计[J]. 高怀,朱战霞,刘剑. 西北工业大学学报. 2012(02)
本文编号：3380861
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