载人飞船自动化轨道设计方法研究.pdf

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1、第28卷2011年第3期上海航天AEROSPACESHANGHAI文章缩号：1006—1630(2011)03—0023—03载人飞船自动化轨道设计方法研究刘鲁华，郑伟，汤国建(国防科学技术大学航天与材料工程学院，湖南长沙410073)摘要：为提高裁人飞船轨道设计的自动化程度和快速性，对自动化轨道设计方法进行了研究。分析了裁人飞船不同阶段飞行轨道的约束条件，用约束条件首先确定了轨道的半长轴取值范围，由回归条件可确定回归圈数的取值范围；在给定的回归和返回条件下，迭代求解运行轨道的轨道半长轴与倾角；根据运行轨道设计结果，反推初始轨道和留轨轨道的轨道根数。自动化

2、轨道设计方法对提高轨道设计效率与精度有一定的意义。关键词：载人飞船；轨道设计；轨道根数；自动化设计中图分类号：V525文献标志码：AAutomaticOrbitDesignApproachResearchofMannedSpacecraftLIULu-hua，ZHENGWei，TANGGuo-jian(CollegeofAstronautical＆MaterialEngineering，NUDT，Changsha410073，Hunan，China)Abstract：Theautomaticorbitdesignproblemwasresearchedin

3、ordertoimprovetheautomaticandrapidcapabilityofspacecraftorbitdesigninthispaper．Theconstraintsindifferentphaseofspacecraftwereanalyzed．Thespanoforbitsemi-axiswasdeterminedusingthecontstrains，andthespanofregressingcirclewasdeducedbycombiningregressingcondition．Undertheregressingandr

4、eturningconditions，theorbitsemi-axisandinclinationweresolvedusingiterativemethodandtheotherorbitrootscouldbededucedbyusingrun-orbitrootsatlast．Theresearchwasusefulforimprovingefficiencyandaccuracyoftheorbitdesign．Keywords：Mannedspacecraft；Orbitdesign；Orbitroots；Automaticdesign0引言我

5、国载人航天计划实施已近20年，目前已进入空间交会对接技术验证阶段。随着航天任务需求的不断变化，约束条件越来越复杂，对轨道设计的自动化程度、快速性和精确性的要求不断提高，需要研究轨道设计的自动化快速计算方法。国内外对卫星等航天器的轨道设计方法进行了一些研究[1{]。其中文献E13给出了一般航天器轨道设计的通用方法，用该方法可确定航天器的6个轨道根数，但对特定任务，该理论并未给出轨道设计的具体实现方法，需进一步研究具体的自动化算法。载人飞船轨道设计要求考虑地面覆盖、轨道复现、返回着陆、轨道寿命和变轨等多种约束，轨道设计复杂，为获得较高的设计收穰日期：2009-

6、06—08；修回日期：2009—07-02作者简介t刘鲁华(1977一)。男，讲师，主要研究方向为飞行器动力学、制导与控制。精度，常需要技术人员手动调节，如能采用自动化设计方法，且利用高精度轨道计算算法，就可有效提高轨道设计的快速性与轨道设计的精度[3_]。基于获得的可行轨道设计结果后，就可确定发射窗口、轨道维持策略等方案[5]。轨道设计精度和快速性直接影响其他方案的实现，其研究的意义重要。为此，本文对一种适于载人飞船的自动化快速轨道设计方法进行了研究。轨道设计约束条件1．1飞行轨道载人飞船的飞行轨道由某一历元时刻的轨道半长轴a、偏心率P、轨道倾角i、升交

7、点赤经0、近地点幅角∞和真近点角f6个经典轨道根数决定。其中：i，n决定了轨道面在惯性空间的指向；口，e决定了轨道的大小和形状；埘，f决定了飞船在轨道上的上海航天AEROSPACESHANGHAI第28卷20n年第3期位置。由于飞船入轨后要进行变轨，故需确定不同轨道的轨道根数。飞船发射入轨后首先运行在一椭圆轨道上，称为初始轨道，运行若干圈后在远地点变轨，进入一圆轨道，称为运行轨道，飞船返回舱制动返回后，留轨舱经过两次变轨，进入一个更高的轨道，称为留轨轨道。整个飞行轨道如图1所示。图中：L为发射点；0为地球质心；A，B，C分别为变轨点位置；△仇，△耽，△仇分

8、别为3次变轨的速度增量大小。标准轨道设计就是确定上述3种轨道的轨道