一种飞船返回预定落点回归轨道设计方法
【专利摘要】本发明提出了一种飞船返回预定落点回归轨道设计方法，通过选择轨道平近点角实现星下点准确经过预定落点，通过调整轨道半长轴使轨道满足回归特性，建立轨道半长轴和轨道平近点角2个参数双层迭代求解流程，得到轨道倾角、轨道半长轴和轨道平近点角相互匹配的设计参数，保证了飞船星下点轨迹每回归周期准确经过预定落点。
【专利说明】一种飞船返回预定落点回归轨道设计方法
【技术领域】：
[0001] 本发明涉及飞行器轨道设计【技术领域】，具体涉及一种飞船返回预定落点回归轨道 设计方法。
【背景技术】
[0002] 为了保证载人飞船每天能够为航天员提供返回着陆国内预定着陆场的机会，我国 载人航天工程载人飞船轨道设计一直遵循回归轨道的设计原则，一期工程载人飞行和二期 工程交会对接的载人飞船采用的是2天回归轨道。三期空间实验室和空间站工程中，载人 飞船运行轨道高度和轨道倾角与一、二期工程相比发生了变化。三期工程飞船拟采用3天 回归轨道，不再通过轨道机动控制对空间实验室和空间站相对飞船的初始相位进行调整。 在轨道倾角和轨道高度在一定范围内变化、轨道初始相位不确定的条件下，飞船轨道的回 归特性和返回特性将发生较大的改变。为了保证三期工程载人飞船仍能返回预定着陆场， 需进行基于准确返回预定着陆场的三天回归轨道设计，为三期工程载人飞船返回轨道设计 和控制实施提供依据。因此，飞船返回预定落点回归轨道设计是空间实验室和空间站工程 轨道设计的技术要点之一，目前尚没有相关的轨道设计方法。
【发明内容】
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[0003] 本发明需解决技术问题在于提供一种飞船返回预定落点回归轨道设计方法。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明提供的一种飞船返回预定落点回归轨道设计方法包 括如下步骤：
[0005] 1)设置初始轨道参数，包括轨道半长轴初值％、轨道偏心率初值e(l、轨道倾角初值 i〇、升交点经度初值Dtl、轨道近地点幅角初值Coci、轨道平近点角初值Mtl、飞船质量和迎风面 积、轨道力模型，轨道力模型包括：地球中心引力、地球形状引力摄动；
[0006] 2)设置轨道设计条件，包括：标称落点经度U、纬度Btl;初始返回圈号C^;轨道回 归周期天数i;轨道回归周期圈数ki;落点经度收敛门限εL;回归圈升交点经度收敛门限 ￡λη；
[0007] 3)数值积分计算各圈纬度为Btl的星下点经度L，计算各圈升交点经度λη;
[0008] 4)计算返回圈星下点经度差AL=Ltl-UqJ,L(qJ为初始返回圈号?星下点纬 度为Btl的经度；计算回归圈升交点经度差Λλλ(Q^ki)-λ(qr)，λ(qr)为初始返回圈 号的升交点经度，入（Q1^ki)为初始返回圈号升交点经度；
[0009] 5)根据下列公式由返回圈星下点经度差AL计算轨道平近点角偏差ΛΜ;
【权利要求】
1. 一种飞船返回预定落点回归轨道设计方法，其特征在于包括如下步骤： 1) 设置初始轨道参数，包括轨道半长轴初值％、轨道偏心率初值e(l、轨道倾角初值L、 升交点经度初值％、轨道近地点幅角初值、轨道平近点角初值凡、飞船质量和迎风面积、 轨道力模型，轨道力模型包括：地球中心引力、地球形状引力摄动； 2) 设置轨道设计条件，包括：标称落点经度U、纬度By初始返回圈号qy轨道回归 周期天数i;轨道回归周期圈数ki;落点经度收敛门限eL;回归圈升交点经度收敛门限 ￡ An； 3) 数值积分计算各圈纬度为^的星下点经度L，计算各圈升交点经度入n; 4) 计算返回圈星下点经度差ALiU-Ucg，L(cg为初始返回圈号t星下点纬度为 B。的经度；计算回归圈升交点经度差AXn=X(q，ki)-X(qj，X(qj为初始返回圈号 的升交点经度，X(q^ki)为初始返回圈号9，1^的升交点经度； 5) 根据下列公式由返回圈星下点经度差AL计算轨道平近点角偏差AM;
Q为航天器轨道平面在惯性空间进动的平均角速度，U为地球引力常数，&为地球赤 道参考半径，a为轨道半长轴，i为轨道倾角，e为轨道偏心率，n为轨道平均角速度，为 地球自转角速度； 6) 修正轨道平近点角，M=AM; 7) 数值积分计算各圈纬度为^的星下点经度L，计算各圈升交点经度入n; 8) 计算返回圈星下点经度差ALzU-Ucg，计算回归圈升交点经度差AAn= 入（qr+ki)-X(qr); 9) 判断返回圈星下点经度差是否满足AL<eL;若不满足，则返回到5)，重复5)-9); 若满足，则转到10); 10) 根据下列公式由回归圈升交点经度差A\"计算轨道半长轴修正量Aa;
h为回归周期圈数，i=l，2,3，ki=k;k2= 2k+l;k3= 3k+l和3k+2,《 e为地球自转 角速度，Q为航天器轨道平面在惯性空间进动的平均角速度，J2为地球引力摄动项，《为轨 道近地点幅角； 11) 修正轨道半长轴，a=afAa; 12) 数值积分计算各圈纬度为^的星下点经度L，计算各圈升交点经度入n; 13) 计算返回圈星下点经度差ALzU-Lk)，计算回归圈升交点经度差AAn= 入（qr+ki)-X(qr); 14) 同时判断返回圈星下点经度差是否满足AL<eL和回归圈升交点经度差是否满 足AAn<e入";若不满足，则返回到5)，重复5)-14);若满足，则转到15); 15)计算结束，得到满足返回预定落点和回归特性的设计轨道参数轨道半长轴a和轨 道平近点角M，即满足返回预定落点和回归特性的设计轨道根数为a，％，L，M。
【文档编号】G06F17/50GK104484493SQ201410608513
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年10月29日 优先权日:2014年10月29日
【发明者】李革非, 宋军, 颜华, 郝大功, 谢剑锋, 刘成军, 陈明, 徐海涛 申请人:中国人民解放军63920部队