用于航天器自主脱轨的系统和方法与流程

文档序号:24157345发布日期:2021-03-05 12:42阅读:来源:国知局

技术特征:
1.一种使航天器脱轨的方法,所述方法包括如下步骤:通过所述航天器的计算设备,选择用于使所述航天器脱轨的目标着陆地点;在与使所述航天器脱轨相关联的预定时间窗口内,进行如下操作:(i)通过所述计算设备,确定用于到达预测大气进入位置的范围目标和速度目标,其中,所述预测大气进入位置对应于如下点,所述航天器在该点处与大气相互作用以便到达所述目标着陆地点,(ii)通过所述计算设备,确定所述航天器的后向传播的轨道状态估计,其中,所述航天器的所述后向传播的轨道状态估计对应于:所述航天器的基于所述范围目标和所述速度目标相对于所述预测大气进入位置的估计位置和路径角度,(iii)通过所述计算设备,将所述后向传播的轨道状态估计与所述航天器的已知轨道状态进行比较,以确定所述后向传播的轨道状态估计已经与所述已知轨道状态趋于一致,以及(iv)通过所述计算设备,使用所述范围目标和所述速度目标,基于确定所述后向传播的轨道状态估计已经与所述已知轨道状态趋于一致来计算:(a)所述航天器的推进系统的估计点火时间,以及(b)所述推进系统的估计燃烧速度矢量;以及在所述预定时间窗口的结束时间处或之前,通过所述推进系统根据所述估计点火时间和所述估计燃烧速度矢量来执行燃烧脉冲。2.根据权利要求1所述的方法,其中,选择所述目标着陆地点包括:通过所述计算设备的用户接口,接收对用于使所述航天器脱轨的所述预定时间窗口的选择;确定多个地面位置,其中,所述航天器基于所述航天器的所述已知轨道状态和用于使所述航天器脱轨的所述预定时间窗口而能够到达所述多个地面位置;以及从所述多个地面位置,选择用于使所述航天器脱轨的所述目标着陆地点。3.根据权利要求2所述的方法,其中,从所述多个地面位置选择用于使所述航天器脱轨的所述目标着陆地点包括:至少基于与各个位置相关联的位置类型,来确定与所述多个地面位置中的各个地面位置相关联的优先级;以及选择具有最高优先级的着陆地点,其中,所述航天器包括地面位置的数据库,并且其中,确定与所述多个地面位置中的各个地面位置相关联的优先级包括:从所述地面位置的数据库检索各个优先级。4.根据权利要求2至3中的任一项所述的方法,其中,从所述多个地面位置选择用于使所述航天器脱轨的所述目标着陆地点包括:基于目标地面位置的地图来确定:基于所述航天器的所述已知轨道状态和用于使所述航天器脱轨的所述预定时间窗口,在所述地图上没有指定的着陆设施是能够到达的;以及响应于确定没有指定的着陆设施是能够到达的,而基于所述航天器的所述已知轨道状态和用于使所述航天器脱轨的所述预定时间窗口,来选择能够到达的紧急着陆位置,其中,所述紧急着陆位置对应于限定水表面上的区域的水区域多边形,其中,选择所述紧急着陆位置包括:确定所述航天器的轨道路径穿过所述水区域多边形的边界;以及
响应于确定所述航天器的所述轨道路径穿过所述水区域多边形的边界,来选择所述紧急着陆位置。5.根据权利要求2至4中的任一项所述的方法,所述方法进一步包括:确定所述航天器在所述多个地面位置中的各个地面位置处的预期到达时间,其中,从所述多个地面位置选择用于使所述航天器脱轨的所述目标着陆地点包括:基于各个对应预期到达时间并基于各个对应优先级,来确定针对各个地面位置的着陆地点得分;以及从所述多个地面位置中选择具有最高着陆地点得分的特定地面位置,作为用于使所述航天器脱轨的所述目标着陆地点。6.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法,所述方法进一步包括如下步骤:从所述航天器的一个或更多个传感器,接收指示至少所述航天器的位置和速度的传感器数据;以及基于所述传感器数据,来确定所述航天器的所述已知轨道状态。7.根据权利要求1至6中的任一项所述的方法,所述方法进一步包括如下步骤:确定所述推进系统的类型,其中,计算所述航天器的所述推进系统的所述估计点火时间和所述推进系统的所述估计燃烧速度矢量包括:基于所述推进系统的类型,来计算所述航天器的所述推进系统的所述估计点火时间和所述推进系统的所述估计燃烧速度矢量。8.根据权利要求1至7中的任一项所述的方法,其中,计算所述航天器的所述推进系统的所述估计点火时间和所述推进系统的所述估计燃烧速度矢量包括:基于所述航天器的期望路径角度和所述航天器相对于大气的在所述预测大气进入位置处的期望的速度,来计算所述航天器的所述推进系统的所述估计点火时间和所述推进系统的所述估计燃烧速度矢量。9.根据权利要求1至8中的任一项所述的方法,所述方法进一步包括在与使所述航天器脱轨相关联的所述预定时间窗口期间,进行如下操作:确定如下的范围目标和速度目标集,所述范围目标和速度目标集具有与所述航天器的对应已知轨道状态趋于一致的后向传播的轨道状态估计;从所述范围目标和速度目标集,选择具有与对应已知轨道状态最接近地趋于一致的后向传播的轨道状态估计的、最佳范围目标和最佳速度目标,其中,所述范围目标和所述速度目标对应于来自所述范围目标和速度目标集的所述最佳范围目标和所述最佳速度目标,并且其中,使用所述范围目标和所述速度目标来计算所述航天器的所述推进系统的所述估计点火时间和所述推进系统的所述估计燃烧速度矢量包括:使用来自所述范围目标和速度目标集的所述最佳范围目标和所述速度目标,来计算所述航天器的所述推进系统的所述估计点火时间和所述推进系统的所述估计燃烧速度矢量。10.根据权利要求1至9中的任一项所述的方法,所述方法进一步包括如下步骤:确定前向传播的大气界面,其中,所述前向传播的大气界面对应于:当基于所述估计点火时间、所述估计燃烧速度矢量和所述航天器的所述已知轨道状态进入所述大气时,所述航天器所要经受的预期力特性;基于所述预期力特性,来确定所述航天器在所述前向传播的大气界面处的估计范围误
差和估计路径角度误差;确定所述估计范围误差收敛在阈值范围误差内;确定所述估计路径角度误差已经收敛在阈值路径角度误差内;并且基于(i)确定所述估计范围误差收敛在阈值范围误差内以及(ii)确定所述估计路径角度误差已经收敛在阈值路径角度误差内,来计算实际点火时间和实际燃烧速度矢量,其中,通过所述推进系统根据所述估计点火时间和所述估计燃烧速度矢量执行所述燃烧脉冲包括:在所述实际点火时间处并且根据所述实际燃烧速度矢量,通过所述推进系统来执行所述燃烧脉冲。11.根据权利要求1至10中的任一项所述的方法,所述方法进一步包括如下步骤:在执行所述燃烧脉冲之前,根据所述估计点火时间和所述估计燃烧速度矢量、基于已知大气条件和所述航天器的所述已知轨道状态,来确定所述燃烧脉冲的模拟结果;以及基于所述模拟结果,调整所述估计点火时间和所述估计燃烧速度矢量。12.一种用于使航天器脱轨的系统,所述系统包括:航天器,所述航天器包括:计算设备,所述计算设备具有处理器和存储器,所述存储器存储能够由所述处理器执行的指令,以进行如下操作:选择用于使所述航天器脱轨的目标着陆地点;在与使所述航天器脱轨相关联的预定时间窗口内,进行如下操作:(i)确定用于到达预测大气进入位置的范围目标和速度目标,其中,所述预测大气进入位置对应于如下点,所述航天器在该点处与大气相互作用以便到达所述目标着陆地点,(ii)确定所述航天器的后向传播的轨道状态估计,其中,所述航天器的后向传播的轨道状态估计对应于:所述航天器的基于所述范围目标和所述速度目标相对于所述预测大气进入位置的估计位置和路径角度,(iii)将所述后向传播的轨道状态估计与所述航天器的已知轨道状态进行比较,以确定所述后向传播的轨道状态估计已经与所述已知轨道状态趋于一致,以及(iv)使用所述范围目标和所述速度目标,基于确定所述后向传播的轨道状态估计已经与所述已知轨道状态趋于一致,来计算:(a)所述航天器的推进系统的估计点火时间,以及(b)所述推进系统的估计燃烧速度矢量;以及所述推进系统被配置成,在所述预定时间窗口的结束时间处或之前,根据所述估计点火时间和所述估计燃烧速度矢量来执行燃烧脉冲。13.根据权利要求12所述的系统,其中,所述指令能够进一步由所述处理器执行以进行如下操作:通过所述计算设备的用户接口,接收对用于使所述航天器脱轨的所述预定时间窗口的选择;确定多个地面位置,其中,所述航天器基于所述航天器的所述已知轨道状态和用于使所述航天器脱轨的所述预定时间窗口而能够到达所述多个地面位置;以及从所述多个地面位置,选择用于使所述航天器脱轨的所述目标着陆地点。14.根据权利要求12至13中的任一项所述的系统,其中,所述航天器进一步包括:多个传感器,
其中,所述指令能够进一步由所述处理器执行,以从所述航天器的一个或更多个传感器接收传感器数据,该传感器数据指示至少所述航天器的位置和速度;以及基于所述传感器数据,确定所述航天器的所述已知轨道状态。15.根据权利要求12至14中的任一项所述的系统,其中,所述航天器进一步包括:推进系统特性的数据库,其中,所述指令能够进一步由所述处理器执行,以确定所述推进系统的类型,其中,计算所述航天器的所述推进系统的所述估计点火时间和所述推进系统的所述估计燃烧速度矢量包括:使用所述推进系统特性的数据库,基于所述推进系统的类型,来计算所述航天器的所述推进系统的所述估计点火时间和所述推进系统的所述估计燃烧速度矢量。
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