一種地月平動點星座的布設(shè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及航空航天技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及一種地月平動點星座的布設(shè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于地月平動點相對于地球和月球的空間位置穩(wěn)定，若在各個地月平動點上布設(shè) 衛(wèi)星，形成地月平動點星座，則該地月平動點星座與常見的環(huán)月星座相比具有W下明顯的 優(yōu)點：
[0003] 1) W地月L2平動點為例，其相對于月球背面始終可見，使得同等月面覆蓋所需的 衛(wèi)星數(shù)少，光照時間長，月面用戶的視運動慢而易于天線跟蹤等，若在該平動點布設(shè)衛(wèi)星， 則可W直接為月球背面或兩極等不可見區(qū)域的探測，W及未來自動采樣返回和載人登月甚 至月球基地建立等任務(wù)提供中繼通信、導(dǎo)航和定位服務(wù)，大大減輕地面測控網(wǎng)壓力；
[0004] 2)地月平動點星座衛(wèi)星之間，W及地月平動點星座衛(wèi)星與地面測控網(wǎng)之間，均可 W形成較為穩(wěn)定的超長空間基線，可W滿足未來深空探測任務(wù)的高精度導(dǎo)航定位需求，W 及太陽系和宇宙等空間科學(xué)研究的觀測需求。
[0005] 基于上述分析，如何在多個地月平動點上布設(shè)衛(wèi)星成為本領(lǐng)域的重要的研究課 題，當(dāng)然，可W將每個平動點的衛(wèi)星均單獨發(fā)射，但是該樣會導(dǎo)致整個星座的布設(shè)成本很 高，而現(xiàn)有技術(shù)中并未公開其他可W實現(xiàn)地月平動點星座布設(shè)的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明需解決的技術(shù)問題是提供一種地月平動點星座的布設(shè)方法，W降低地月平 動點星座的布設(shè)成本。
[0007] 為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種地月平動點星座的布設(shè)方法，所述地月平 動點包括地月共線平動點L1、地月共線平動點L2W及兩個地月S角平動點，其采用的技術(shù) 方案如下：
[0008]S1、采用一枚火箭將多顆衛(wèi)星從地球發(fā)射至第一區(qū)域，所述第一區(qū)域距離其中一 個地月共線平動點的距離不大于5萬km;
[0009]S2、將至少一顆衛(wèi)星送入所述第一區(qū)域?qū)?yīng)的地月共線平動點軌道，完成該地月 平動點的衛(wèi)星布設(shè)；
[0010]S3、若所述第一區(qū)域?qū)?yīng)的地月共線平動點為11，則執(zhí)行步驟S4和S5,若所述第 一區(qū)域?qū)?yīng)的地月共線平動點為L2,則執(zhí)行步驟S6;
[0011]S4、將剩余衛(wèi)星從第一區(qū)域轉(zhuǎn)移至第二區(qū)域，所述第二區(qū)域距離地月共線平動點 L2的距離不大于5萬km;并將至少一顆衛(wèi)星送入地月共線平動點L2軌道，完成該地月平動 點的衛(wèi)星布設(shè)；
[0012]S5、將剩余衛(wèi)星從所述第二區(qū)域?qū)?yīng)送入兩個地月=角平動點軌道，完成兩個地 月=角平動點的衛(wèi)星布設(shè)，結(jié)束流程；
[0013]S6、將至少一顆衛(wèi)星從第一區(qū)域轉(zhuǎn)移至第二區(qū)域，再經(jīng)第二區(qū)域送入地月共線平 動點LI的軌道，完成該地月平動點的衛(wèi)星布設(shè)，所述第二區(qū)域距離地月共線平動點LI的距 離不大于5萬km;同時，將剩余衛(wèi)星從所述第一區(qū)域?qū)?yīng)送入兩個地月S角平動點軌道，完 成兩個地月=角平動點的衛(wèi)星布設(shè)，結(jié)束流程。
[0014] 優(yōu)選的，所述步驟S1具體包括：
[0015]S11、根據(jù)實際任務(wù)需求，設(shè)計地月共線平動點軌道，所述軌道為李薩茹軌道或者 化1〇軌道；
[0016]S12、基于不變流形理論，計算地月共線平動點軌道的近似流形；
[0017]S13、根據(jù)第一區(qū)域所對應(yīng)的地月共線平動點軌道的近似流形，采用一枚火箭將多 顆衛(wèi)星從地球發(fā)射至第一區(qū)域；
[0018] 其中，所述不變流形的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣〇 (t，t。）為：
[0019]
[0020] 其中，F(xiàn)、V和5分別為衛(wèi)星的位置矢量、速度矢量和加速度矢量，電、屯、兩、 為日、地、月化及行星引力，為太陽光壓攝動力。
[0021] 優(yōu)選的，所述步驟S12中：
[0022] 當(dāng)?shù)卦鹿簿€平動點的軌道為李薩茹軌道時，其地月共線平動點軌道的近似流形計 算方法采用平動點周期軌道流形計算方法；
[0023] 其中，所述周期為平動點軌道在地月會合坐標(biāo)系xy平面內(nèi)振動頻率的倒數(shù)，或者 所述周期為平動點軌道在地月會合坐標(biāo)系Z軸方向振動頻率的倒數(shù)。
[0024] 優(yōu)選的，所述步驟S5和步驟S6中，兩個地月=角平動點分別為地月=角平動點L4 和地月S角平動點L5 ;
[0025] 其中，步驟S5W及S6中，將剩余衛(wèi)星送入兩個地月=角平動點軌道，完成兩個地 月S角平動點的衛(wèi)星布設(shè)時，其具體操作如下：
[0026] 針對步驟S5,將剩余衛(wèi)星從所述第二區(qū)域轉(zhuǎn)移至第=區(qū)域或者日地弱引力區(qū)域， 所述第S區(qū)域距離日地共線平動點L1或者L2的距離不大于100萬km;
[0027] 針對步驟S6,將剩余衛(wèi)星從所述第一區(qū)域轉(zhuǎn)移至第=區(qū)域或者日地弱引力區(qū)域， 所述第S區(qū)域距離日地共線平動點L1或者L2的距離不大于100萬km;
[0028] 將剩余衛(wèi)星從所述第=區(qū)域或者日地弱引力區(qū)域轉(zhuǎn)移至對應(yīng)第四區(qū)域，所述第四 區(qū)域距離地月S角平動點L4或者L5的距離不大于10萬km;
[0029] 將至少一顆衛(wèi)星送入所述第四區(qū)域?qū)?yīng)的地月S角平動點軌道，完成兩個地月S 角平動點的衛(wèi)星布設(shè)。
[0030] 本發(fā)明的有益效果是：
[0031] 本發(fā)明提供的一種地月平動點星座的布設(shè)方法，采用"一箭多星"的方式，使用一 枚火箭將多個星座衛(wèi)星一次性由地球發(fā)射入軌，然后通過軌道機動，同時借助空間平動點 和相應(yīng)的低能量轉(zhuǎn)移軌道，將各個星座衛(wèi)星送入對應(yīng)的平動點軌道，在時間節(jié)省或能量節(jié) 省的方式下實現(xiàn)地月平動點星座的布設(shè)，與現(xiàn)有的布設(shè)方法相比，本方法降低了地月平動 點星座的布設(shè)成本，且可w直接應(yīng)用于地月平動點中繼導(dǎo)航等應(yīng)用星座的發(fā)射和布設(shè)，從 而為我國后續(xù)月球和深空探測任務(wù)提供了中繼通信、導(dǎo)航制導(dǎo)和定位等服務(wù)，也可為其他 平動點的軌道設(shè)計與控制等業(yè)務(wù)提供技術(shù)借鑒。
【具體實施方式】
[0032] 下面結(jié)合實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。
[0033] 本發(fā)明提供了一種地月平動點星座的布設(shè)方法，所述地月平動點包括兩個地月共 線平動點W及兩個地月=角平動點，所述兩個地月共線平動點為地月共線平動點L1和地 月共線平動點L2,所述兩個地月=角平動點為地月=角平動點L4和地月=角平動點L5。所 述方法包括W下步驟：
[0034]S1、采用一枚火箭將多顆衛(wèi)星從地球發(fā)射至第一區(qū)域，所述第一區(qū)域距離其中一 個地月共線平動點的距離不大于5萬km;其具體操作如下：
[00巧]S11、根據(jù)實際任務(wù)需求，設(shè)計地月共線平動點軌道，所述軌道為李薩茹軌道或者 化1〇軌道；
[0036]S12、基于不變流形理論，計算地月共線平動點軌道的近似流形；
[0037]S13、根據(jù)第一區(qū)域所對應(yīng)的地月共線平動點軌道的近似流形，采用一枚火箭將多 顆衛(wèi)星從地球發(fā)射至第一區(qū)域；
[0038] 其中，本發(fā)明提供的不變流形計算過程中狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的計算不僅考慮了圓型限 制性S體問題動力學(xué)模型，同時考慮了各種攝動力，W得到真實力模型下的流形軌道；所述 不變流形的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣〇 (t，t。）為：
[0039]
[0040] 其中，f、巧和3分別為衛(wèi)星的位置矢量、速度矢量和加速度矢量，是、電、電、 為日、地、月W及行星引力，為太陽光壓攝動力。
[0041]另外，當(dāng)?shù)卦鹿簿€平動點的軌道為李薩茹軌道時，其地月共線平動點軌道的近似 流形計算方法采用平動點周期軌道流形計算方法；所述周期即為平動點軌道在地月會合坐 標(biāo)系xy平面內(nèi)振動頻率的倒數(shù)，或者為平動點軌道在地月會合坐標(biāo)系Z軸方向振動頻率的 倒數(shù)。
[0042] 對于地月平動點軌道而言，由于平動點軌道位于月球附近，在限制性S體問題下， 如果飛行時間有限，則不變流形不能自然到達地球附近，所W不能像日地平動點軌道那樣 直接從近地停泊軌道借助一次軌道機動進入平動點軌道的不變流形，其至少需要借助兩次 軌道機動，但是，該不變流形飛行時間較短，在本發(fā)明中，將該種飛行時間較短的不變流形 定義為短程不變流形；而在攝動情況下，不變流形可W到達近地停泊軌道附近，不過往往飛 行時間較長，在本發(fā)明中，將該種飛行時間較長的不變流形定義為長程不變流形；因此，用 戶可W根據(jù)任務(wù)需要選擇，若想在較短時間內(nèi)到達地月平動點軌道，則可W利用短程不變 流形，W節(jié)省時間；若想節(jié)省能量，則采用長程不變流形。研究結(jié)果表明，短程不變流形最少 僅需要4~5. 5天即可轉(zhuǎn)移至共線平動點附近，進而施加軌道機動進入共線平動點軌道，從 200km高的地球停泊軌道出發(fā)的總控制速度增量約3652~4658m/s;長程不變流形則需要 96~148天才可W到達共線平動點附近，但是可W直接進入共線平動點軌道，從200km高的 地球停泊軌道出發(fā)需要控制速度增量約3200m/s
[0043]S2、將至少一顆衛(wèi)星送入所述第一區(qū)域?qū)?yīng)的地月共線平動點軌道，完成該地月 平動點的衛(wèi)星布設(shè)；
[0044] 在該步驟中，若步驟S1采用的是短程不變流形，則衛(wèi)星從第一區(qū)域到達地月共線 平動點軌道需要施加軌道控制，其軌道控制方法為現(xiàn)有技術(shù)。
[0045] 若步驟S1采用的是長程不變流形，則衛(wèi)星從第一區(qū)域到達地月共線平動點軌道 不需要任何軌道控制，衛(wèi)星將沿著轉(zhuǎn)移軌道自動進入平動點軌道，從而完成星座衛(wèi)星布設(shè)。
[0046]S3、若所述第一區(qū)域?qū)?yīng)的地月共線平動點為11，則執(zhí)行步驟S4和S5,若所述第 一區(qū)域?qū)?yīng)的地月共線平動點為L2,則執(zhí)行步驟S6;
[0047]S4、將剩余衛(wèi)星從第一區(qū)域轉(zhuǎn)移至第二區(qū)域，所述第二區(qū)域距離地月共線平動點 L2的距離不大于5萬km