基于自主任务规划的全电推进卫星轨道转移方法技术

本发明专利技术提供了一种基于自主任务规划的全电推进卫星轨道转移方法，包括：步骤S1：地面测运控系统制定轨道转移策略，并将制定的轨道转移策略上注卫星；步骤S2：星载计算机根据轨道转移策略中相位角触发自主任务规划，生成轨道转移任务；步骤S3：电推进系统根据轨道转移任务中各轨道转移动作的相应执行时刻通过星载计算机调度执行相应轨道转移动作；所述轨道转移任务包括多个轨道转移动作以及多个轨道转移动作相应的执行时间。移动作相应的执行时间。移动作相应的执行时间。

【技术实现步骤摘要】
基于自主任务规划的全电推进卫星轨道转移方法


[0001]本专利技术涉及航空航天
，具体地，涉及基于自主任务规划的全电推进卫星轨道转移方法，更为具体地，涉及全电推进卫星轨道转移的自主任务规划方法。

技术介绍

[0002]全电力推进卫星(All
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Electric Propulsion Satellite)近年来在国际市场上引起了广泛的关注，由于电动推进器的优良比脉冲，能够消耗更少的燃料以获得相同的速度增量。因此，全电力推进卫星在有效载荷承载能力和在轨寿命方面具有更大的优势，正在逐步取代复杂的双组元化学推进系统，来实现星箭分离后的卫星转移轨道变轨、卫星入轨后的在轨位置保持、角动量卸载及离轨等任务。然而，电动推进器的推力通常非常低，而且它们需要相当大的时间才能提供较大的速度增量，轨道转移的持续时间长达几个月甚至一年以上。
[0003]针对这一问题，本专利技术提出了一种基于自主任务规划的轨道转移策略。该策略能够支持完成各类轨道转移任务，使卫星能够长时间自主运行。同时具备形式简单，实现难度低、星上计算量小等优点，最大程度减少对地面测控系统的依赖。
[0004]专利文献CN106168998B（申请号：201610527877.5）公开了一种考虑太阳翼辐射损伤的全电推航天器轨道转移优化方法，属于地球静止轨道航天器总体设计中的轨道学科优化设计
本专利技术根据航天器轨道转移过程中的位置参数与运行时长，计算地球辐射带中带电粒子对太阳翼的损伤效应，进而计算太阳翼的功率退化值。在此基础上，建立综合考虑轨道转移时间和太阳翼输出功率下降系数的多目标物理规划模型并用遗传进行求解，获取最优轨道转移方案。但该专利技术并未针对轨道转移的具体操作过程进行介绍。
[0005]专利文献CN112278330A（申请号：202011033010.7）公开了一种基于星时驱动的电推进位置保持方法，对电推进点火任务参数进行预处理，按参数是否根据任务变化的特点分为策略参数和属性参数；通过星时驱动，按时间顺序依次进行电推力器每轨点火前的初始化工作、矢量调节机构转向调节、电推力器参数配置、开机弧段处理。该专利技术需要在每次位保点火任务前，由地面注入一组策略参数变量值，不适合长期多次执行。比如平均每天进行14轨点火，持续3个月时间，就需要地面进行约1260次上注操作。而利用本专利技术所提出的方法仅需要1次上注。本专利技术的优势在于每轨的任务规划以相位角触发驱动，而该专利技术是基于星时驱动。
[0006]专利文献CN108490963A（申请号：201810128311.4）公开了一种全电推进卫星电推力器故障模式下的位置保持方法及系统，该方法包括如下步骤：当全电推进卫星某台电推力器发生故障时，该电推力器所在的分支不再使用，则使用另一分支的两个电推力器进行位置保持控制；其中，所述位置保持控制包括如下步骤：步骤一：根据测轨数据计算各轨道要素所需控制量；步骤二：根据倾角控制量以及南北、东西位置保持耦合关系计算总偏心率矢量控制量；步骤三：计算电推力器点火位置偏角；步骤四：计算电推力器点火速度增量以及点火弧段中点赤经；步骤五：计算电推力器点火时刻及点火时长。该专利技术根据测轨数据计
算各轨道要素所需控制量、点火起始时刻、点火时长等参数。该专利技术每次点火任务都需要进行一次繁琐的计算。本专利技术与之相比更优越的地方在于任务规划逻辑和算法简单，并公开了自主任务规划的具体过程。
[0007]专利文献US9108748B2（申请号：US12925386）公开了一种利用电推进的推力器、卫星姿态敏感器、定位系统提升卫星轨道的装置和方法。该方法需要电推进轨道提升配置文件（the ideal electric orbit raising profile）包括自动重复的推进器点火相位、燃烧相位和停机相位。该方法是以相位作为电推进点火、关机的触发条件。本专利技术与之相比更优越的地方在于所提出的方法以时间形式触发，便于星载计算机按时间序列调度执行。
[0008]专利文献CN111114833B（申请号：201911268075.7）公开了一种基于自主任务规划的轨道保持与中继应用兼容方法及系统，配置数传中继工作方式为周期工作，工作指令以作业表形式进行编排；将作业表上注给星上计算机，星上计算机解算出数传中继忙闲状态和忙闲状态持续时间，在数传中继空闲的足够时间内完成自主轨道保持控制，并给出完成标识，地面根据完成标识，进行测定轨。本专利技术与之相比更优越的地方在于最大程度降低了星地交互操作的工作量。
[0009]专利文献CN113636106A（申请号：202111080582.5）公开了一种连续小推力高轨目标变轨抵近方法及系统，公开了高轨目标的共面抵近、异面小倾角抵近和异面大倾角的连续小推力抵近方式。本专利技术与之相比更优越的地方在于不但给出了实现各类轨道转移目标的方式，还公开了轨道转移具体操作流程。
[0010]论文《多转低推力地球轨道转移的最小时间轨迹优化Minimum
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Time Trajectory Optimization of Multiple Revolution Low
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Thrust Earth
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Orbit Transfers》（Graham K F, Rao A V. Minimum
‑
time trajectory optimization of multiple revolution low
‑
thrust earth
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orbit transfers[J]. Journal of spacecraft and rockets, 2015, 52(3): 711
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727.https://doi.org/10.2514/1.A33187）公开了一种使用低推力推进确定高精度最小时间地球轨道转移的问题。此类文章重点在于研究小推力轨道转移的最优化问题，本质上是一种理论性研究。本专利技术虽然不是按照最优方法进行控制，但与之相比更优越的地方在于非常利于工程实现，即本专利技术所节约的工程实现成本远大于未达到最优而造成的损失。
[0011]论文《全电推进卫星轨道转移策略的工程优化方法Engineering Optimization Method of Orbit Transfer Strategy for All
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electric Propulsion Satellites》（Mingren Han and Yufeng Wang 2021 J. Phys.: Conf. Ser. 2029 012011 https://doi.org/10.1088/1742
‑
6596/2029/1/012011）着重研究了全电推进卫星轨道传输策略的在轨计算和优化问题，公开了一种全电力推进卫星的简化的小推力轨道转移策略，提出了一种适用于星载计算的双向随机梯度下降法。本专利技术与之相比更优越的地方在于不需要利用星载计算机进行复杂的轨道递本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于自主任务规划的全电推进卫星轨道转移方法，其特征在于，包括：步骤S1：地面测运控系统制定轨道转移策略，并将制定的轨道转移策略上注卫星；步骤S2：星载计算机根据轨道转移策略中相位角触发自主任务规划，生成轨道转移任务；步骤S3：电推进系统根据轨道转移任务中各轨道转移动作的相应执行时刻通过星载计算机调度触发执行相应轨道转移动作；所述轨道转移任务包括多个轨道转移动作以及多个轨道转移动作相应的执行时间。2.根据权利要求1所述的基于自主任务规划的全电推进卫星轨道转移方法，其特征在于，所述步骤S1采用：将制定的一个或多个轨道转移策略上注卫星；每个轨道转移策略包括一组轨道转移策略参数；所述一组轨道转移策略参数，包括：任务规划相位角、电推进工作中心相位角、电推进工作时长、电推进工作姿态、轨道转移策略生效时刻以及轨道转移策略废止时刻；所述任务规划相位角是用于触发星载计算机进行自主任务规划计算的相位角；所述电推进工作中心相位角是电推进工作时段中心时刻所对应的相位角；所述电推进工作时长是电推进点火到关机的持续时间长度；所述电推进工作姿态是电推进工作时卫星本体系相对于姿态参考系的姿态；所述轨道转移策略生效时刻是当前轨道转移策略仅在卫星实际时间大于轨道转移策略生效时刻时生效；所述轨道转移策略废止时刻是当卫星实际时间超过轨道转移策略废止时刻时，星载计算机自动将当前轨道转移策略废止并删除。3.根据权利要求2所述的基于自主任务规划的全电推进卫星轨道转移方法，其特征在于，所述电推进工作时长根据电推进产品性能指标、卫星平台能源平衡情况以及点火弧段效率制定；所述电推进工作中心相位角根据卫星轨道转移目标制定；所述卫星轨道转移目标包括：基本轨道转移目标和特定轨道转移目标；所述基本轨道转移目标包括轨道高度抬升、轨道高度降低、轨道偏心率控制以及轨道倾角调整；所述特定轨道转移目标包括：卫星避障、静止卫星轨道位置保持、静止卫星定点位置漂移、霍曼变轨以及卫星离轨；且特定轨道转移目标由一个或多个基本轨道转移目标组合实现；所述电推进工作姿态根据推力器在星体上的安装位置和卫星轨道转移目标指定，保证在电推进工作期间推力指向所需方向；所述任务规划相位角采用：其中，表示自主任务规划的计算时间相对于电推进点火时间的时间提前量；表示电
推进工作时长；表示地心引力常数；为卫星轨道半长轴；所述轨道转移策略生效时刻根据卫星在轨工作状态和任务安排制定；所述转移策略废止时刻根据完成轨道转移目标所需要的推进工作总时长制定。4.根据权利要求3所述的基于自主任务规划的全电推进卫星轨道转移方法，其特征在于，所述所述电推进工作中心相位角采用：当卫星轨道转移目标为轨道高度抬升时，；当卫星轨道转移目标为轨道高度降低时，；当卫星轨道转移目标为轨道偏心率控制时，或；当卫星轨道转移目标为轨道倾角调整时，或。5.根据权利要求2所述的基于自主任务规划的全电推进卫星轨道转移...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈占胜，吕旺，顾军，刘伟亮，施晓廉，俞航，何慧群，周绍辉，
申请(专利权)人：上海航天空间技术有限公司，
类型：发明
国别省市：