一种基于轨迹保持需求的遥感卫星空间碎片规避机动方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于航天器控制领域，涉及一种具有轨迹保持需求的低轨遥感卫星针对空 间碎片进行碰撞规避的轨道控制方法。
【背景技术】
[0002] 随着人类太空活动的发展，空间碎片的数量迅速增长，运行在地球轨道上的航天 器受碎片撞击的风险日益严重，必须采取有效的解决措施。目前发生的数次碰撞事件，均发 生在低轨地区，而这个区域正是很多遥感卫星运行的高度。对于遥感卫星这样处于空间碎 片密集区域的重要航天器来说，必须进行空间碎片碰撞预警和规避技术研宄，保证航天器 的安全运行。对于尺寸较大的空间碎片，目前尚缺乏有效的被动防护措施，因此航天器需采 取主动规避机动来避免此类尺寸较大、可跟踪碎片的撞击。
[0003] 目前，对于危险交会需要进行规避时，在规避策略设计中，对于规避机动的调整量 较为模糊，一般资料或文献中均为定性描述，并未给出定量的结果，导致控制的随机性较大 且不易推广应用。
【发明内容】
[0004] 本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，从遥感卫星任务需求出发，利用 遥感卫星地面轨迹保持的特点，提出了一种适合遥感卫星的轨道机动控制方法，能够通过 精确定量的变轨量实现遥感卫星对空间碎片的有效规避机动。
[0005] 本发明的技术解决方案是：一种基于轨迹保持需求的遥感卫星空间碎片规避机动 方法，包括如下步骤：
[0006] (1)根据遥感卫星在轨运行允许的地面轨迹漂移范围Λ L，计算半长轴在轨道维 持中的最大变化量Aa，构建标称轨迹保持控制环；
[0007] (2)将构建的标称轨迹保持控制环按照不同的轨道高度及漂移量划分为四个区 域，分别记为区域I、区域II、区域III和区域IV，其中：
[0008] 区域I :以标称轨迹保持控制环为中心的环状区域，区域的东西方向宽度为标称 轨迹保持控制环的东西边界，环状区域的宽度为Δ Η，Λ H = kl Λ a，区域I进一步划分为a、 b、c、d四个子区域，其中区域d为从标称轨迹保持控制环的西边界开始向东距离AD后作 西边界的平行线与西边界一起在区域I上截取得到的区域，Δ D = k2 Λ L，区域c为所述平 行线和标称轨迹一起在区域I上截取得到的区域，区域b为标称轨迹和标称轨迹东边界一 起在区域I上截取得到的区域的上部分，剩余区域为区域a ;
[0009] 区域II :宽度为标称轨迹保持控制环东西边界之内，除去区域I之外的区域；
[0010] 区域III:标称轨迹保持控制环西边界以西的区域；
[0011] 区域IV :标称轨迹保持控制环东边界以东的区域；
[0012] (3)对发生危险交会需要进行轨道机动规避空间碎片碰撞威胁的航天器，确定变 轨时刻；
[0013] (4)根据遥感卫星当前的轨道参数，确定遥感卫星处于步骤（2)中划分的四个区 域中的何种位置；
[0014] (5)根据步骤（4)中确定的遥感卫星位置，对遥感卫星进行变轨操作，具体为：
[0015] 如果遥感卫星位于区域I上的区域a，则优选半长轴调整量为δ a = Ah(l)/2+|h|，次选半长轴调整量Sa从|h|~Ah(l)/2+|h|的范围中选取；
[0016] 如果遥感卫星位于区域I上的区域b，则优选半长轴调整量为δ a = -kl Λ a，次选 半长轴调整量为δ a = kl Δ a ;
[0017] 如果遥感卫星位于区域I上的区域c，则优选半长轴调整量为δ a = -Ah(l)/2_|h|，次选半长轴调整量Sa从-Ah(l)/2_|h|~_|h|的范围中选取；
[0018] 如果遥感卫星位于区域I上的区域d，则优选半长轴调整量为δ a = - Aa/2,次选 半长轴调整量为δ a = -kl Δ a ;
[0019] 如果遥感卫星位于区域II，则优选半长轴调整量为Sa = Ah(l)/2_h，次选半长 轴调整量为3a = -Ah(l)/2_h;
[0020] 如果遥感卫星位于区域III，则优选半长轴调整量为δ a = -h，次选半长轴调整量 为 δ a = _k3 Δ a_h ;
[0021] 如果遥感卫星位于区域IV，则优选半长轴调整量为Sa = Ah(l)_h，次选半长轴 调整量从Δ Ii1 (I)-h~Δ h (I)-h的范围中选取；
[0022] 其中kl、k2和k3均为比例系数，1为遥感卫星在轨迹环中的东西漂移量，以向东 为正，以标称轨迹处为零点；h为遥感卫星在轨迹环中的上下漂移量，以向上为正，以标称 轨道高度处为零点；在1处做标称轨迹的平行线，Ah(I)为标称轨迹保持控制环截取平行 线的长度，Ah 1(I)为将标称轨迹保持控制环整体向东移AL/2后标称轨迹保持控制环截取 平行线的长度；
[0023] (6)估算变轨时刻是否还有碰撞风险，如果不存在碰撞风险则结束；如果存在则 调整变轨时间，然后重复步骤（5)~（6)，直至不存在碰撞风险后结束。
[0024] 所述的kl的取值范围为0. 1~0. 5。所述的k2的取值范围为0. 1~0. 2。所述 的k3的取值范围为0~1。
[0025] 本发明与现有技术相比的优点在于：
[0026] (1)本发明方法采用轨迹保持控制环作为制定策略的依据，简单高效，易于操作， 特别适合空间碎片碰撞规避这种需要很高时效性的操作，能够提高效率，节省时间，为空间 碎片碰撞规避赢得宝贵的时间，提高卫星在轨运行的安全性；
[0027] (2)本发明方法解决了定量确定变轨量的问题，避免了随机选择变轨量带来的负 面影响；
[0028] (3)本发明方法通过以轨迹保持控制环为目标的规避策略，最大限度的降低了规 避机动对航天器飞行任务的影响，大幅节省推进剂（最优情况下不额外消耗推进剂），以极 小代价规避碰撞危险，提升了我国卫星空间碎片碰撞预警与规避能力；
[0029] (4)本发明方法对卫星地面轨迹保持中由于测控误差及预报误差等带来的轨迹保 持环还可以进行修正，达到化不利为有利的目的；
[0030] (5)本发明方法可适用于目前大多数低轨遥感卫星，尤其是对地面轨迹保持范围 要求较严的卫星；同时，还可以推广到其他低轨卫星及中高轨卫星，并且可推广到在轨航天 器常规轨道维持工作。
【附图说明】
[0031] 图1为标称地面轨迹保持控制环示意图；
[0032] 图2为半长轴测控误差引起地面轨迹保持控制环误差示意图；
[0033] 图3为半长轴变化率误差引起地面轨迹保持控制环误差示意图；
[0034] 图4为本发明方法的流程框图；
[0035] 图5为本发明规避区域分区示意图；
[0036] 图6为本发明区域I规避策略示意图；
[0037] 图7为本发明区域II规避策略示意图；
[0038] 图8为本发明区域III规避策略示意图；
[0039] 图9为本发明区域IV规避策略示意图。
【具体实施方式】
[0040] 由于多数遥感卫星均为对地观测成像卫星，其任务特点决定了卫星对地面轨迹的 分布有较为严格的要求，因此，在进行机动以规避空间碎片的碰撞威胁时，可以利用卫星的 使命任务特点，结合卫星对轨迹保持的需求，推导出卫星对机动的定量需求，从而定量的制 定出合理的规避策略。
[0041] 在本发明基于轨迹保持需求的遥感卫星空间碎片规避机动方法中用到了以下的