(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111527460.6 (22)申请日 2021.12.15 (71)申请人 北京航天 飞行控制中心 地址 100094 北京市海淀区北清路26号院 (72)发明人 陈莉丹　刘勇　张尧　曹鹏飞　 马传令　刘磊　 (74)专利代理 机构 北京同达信恒知识产权代理 有限公司 1 1291 专利代理师 李琴 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种地火转移轨道设计方法及相关装置 (57)摘要 本申请提供了一种地火转移轨道设计方法 及相关装置， 该方法基于预设迭代次数， 通过全 局优化算法对 各轨道参数进行迭代处理， 以从每 次迭代得到的火星探测器在发射后的第一总速 度增量J1中确定第一最小速度增量J1min。 并根据 J1min对应的各轨道参数的第一赋值结果确定地 火转移轨道。 本申请实施例中的轨道 参数包括火 星探测器入轨时刻t0， 从所述t0到近月点的时间 dtEL， 从所述t0到深空机动的时间dtDSM， 从所述t0 到火星的时间dtEM， 月球借力半径rPL以及月球借 力方位角 基于上述轨道参数所确定 的地火转 移轨道能够通过月球借力来修正探测器出地球 影响球时速度大小和方向， 进而减少控制火星探 测器进入预定地火转移所需的燃料消耗。 权利要求书3页 说明书16页 附图4页 CN 114818243 A 2022.07.29 CN 114818243 A 1.一种地火转移轨道设计方法， 其特 征在于， 所述方法包括： 获取轨道参数以及每一轨道参数的预设取值区间， 所述轨道参数包括： 火星探测器入 轨时刻t0， 从所述t0到近月点的时间dtEL， 从所述t0到深空机动的时间dtDSM， 从所述t0到火星 的时间dtEM， 月球借力半径 rPL以及月球借力方位角 基于预设迭代次数， 通过全局优化算法对各轨道参数进行迭代处理， 以从每次迭代得 到的火星探测器在发射后的第一总速度增量J1中确定第一最小速度增量J1min； 其中， 所述 J1min为每次迭代得到的J1中的最小值； 确定所述J1min对应的各轨道参数的第一赋值结果， 基于所述各轨道参数的第一赋值结 果确定地火转移轨道； 其中， 每次迭代过程如下： 针对每一轨道参数， 基于所述轨道参数的预设取值区间对所述轨道参数 赋值； 针对赋值后的各轨道参数， 基于轨道积分公式和借力飞行原 理确定所述火星探测器在 月球借力后的位置 矢量r1+和速度矢量v1+； 根据所述r1+和所述v1+确定第一转移轨道参数， 并根据所述第一转移轨道参数确定火 星探测器在发射后的总速度增量J1， 其中， 所述第一转移轨道参数包括所述火星探测器在 深空机动 后的速度矢量v1dsm+以及到达火星时的速度矢量v1m。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述基于轨道积分公式和借力飞行原 理确 定所述火星探测器在月球借力后的位置 矢量r1+和速度矢量v1+， 包括： 根据入轨轨道近地点高度rPE、 轨道倾角iE以及赋值后的所述t0和所述dtEL， 以入轨点至 月球的轨道转移角 θ为迭代变量， 确定火星探测器与月球交会的初始轨道参数， 所述初始轨 道参数至少包括所述火星探测器在t0时刻所在的位置 矢量r01和速度矢量v01； 基于轨道积分公式， 根据所述初始轨道参数确定所述火星探测器进入月球影响球的位 置矢量r1‑和速度矢量v1‑； 基于借力飞行原理公式， 根据所述r1‑、 所述v1‑、 所述rPL和所述 确定所述r1+和所述v1+。 3.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述第 一转移轨道参数是根据以下方式确 定的： 根据赋值后的所述t0和所述dtEL确定所述火星探测器到 达月球的时间t1； 基于轨道积分公式， 根据所述v1+、 所述r1+以及所述t1确定第一探测器参数， 所述第一 探测器参数至少包括所述火星探测器进入地球影响球处的速度、 位置以及时间， 所述第一 探测器参数为所述火星探测器在地心坐标系的参数； 基于圆锥拼接原理对所述第一探测器参数进行转换， 得到第二探测器参数， 所述第二 探测器参数为所述火星探测器在日心坐标系的参数； 基于轨道积分公式， 根据所述第二探测器参数以及赋值后的所述dtDSM确定所述火星探 测器到达深空机动点的时刻t1dsm、 位置矢量r1dsm和速度矢量v1dsm‑， 并根据所述t1dsm所述dtEM 和赋值后的所述查询星历表JPL， 以确定所述火星探测器到达火星时刻t1m和所述火星探测 器在t1m时刻下的位置 矢量r1m； 基于兰伯特公式， 根据所述t1dsm、 所述r1dsm、 所述t1m以及所述r1m， 以确定深空机动后速 度矢量v1dsm+和火星到 达速度矢量v1m， 从而确定所述第一轨道转移参数。 4.根据权利要求3所述的方法， 其特征在于， 所述根据所述转移轨道参数确定火星探测 器在发射后的总速度增量J1， 包括：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114818243 A 2根据所述v1dsm‑、 所述v1dsm+和所述v1m确定对所述火星探测器进行深空机动所需的速度 增量Δv1DSM以及火星捕获所需速度增量Δv1MOI； 根据所述Δv1DSM和所述Δv1MOI之和确定所述J1。 5.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述基于所述各轨道参数的第 一赋值结果 确定地火转移轨道， 包括： 针对每一轨道参数， 根据所述轨道参数的第一赋值结果作为所述轨道参数的初始值， 通过步长加速算法对各轨道参数进行迭代处理， 以从每次迭代得到的火星探测器在发射后 的第二总速度增量J2中确定第二最小速度增量J2min； 其中， 所述J2min为每次迭代得到的J2中 的最小值； 确定所述J2min对应的各轨道参数的第二赋值结果， 根据所述各轨道参数的第二赋值结 果确定地火转移轨道。 6.根据权利要求5所述的方法， 其特 征在于， 每次迭代过程如下： 针对赋值后的各轨道参数， 采用精确摄动模型对所述火星探测器在地火转移过程的位 置矢量和速度矢量进 行积分， 以获取所述火星探测器的近火点参数； 其中， 所述第二转移轨 道参数包括所述火星探测器在深空机动后的速度矢量v2dsm+以及到达近火点 时的速度矢量 v2m； 采用微分修正法对所述近火点参数进行修正， 以使修正后的所述近火点参数达到预设 参数阈值； 基于修正后的所述近火点参数对所述第 二转移轨道参数进行修正， 并根据修正后的所 述第二转移轨道参数确定所述J2。 7.根据权利要求6所述的方法， 其特征在于， 所述根据修正后的所述第 二转移轨道参数 确定所述J2， 包括： 根据修正后的所述第二转移轨道参数确定对所述火星探测器进行深空机动所需的速 度增量Δv2DSM以及火捕获所需速度增量Δv2MOI； 根据所述Δv2DSM和所述Δv2MOI之和确定所述J2。 8.一种地火转移轨道设计装置， 其特 征在于， 所述装置包括： 参数获取模块， 被配置为执行获取轨道参数以及每一轨道参数的预设取值区间， 所述 轨道参数包括： 火星探测器入 轨时刻t0， 从所述t0到近月点的时间dtEL， 从所述t0到深空机动 的时间dtDSM， 从所述t0到火星的时间dtEM， 月球借力半径 rPL以及月球借力方位角 速度增量模块， 被配置为执行基于预设迭代次数， 通过全局优化算法对各轨道参数进 行迭代处理， 以从每次迭代得到的火星探测器在发射后的第一总速度增量J1中确定第一最 小速度增量J1min； 其中， 所述J1min为每次迭代得到的J1中的最小值； 轨道生成模块， 被配置为执行确定所述J1min对应的各轨道参数的第一赋值结果， 基于 所 述各轨道参数的第一赋值结果确定地火转移轨道； 其中， 每次迭代过程如下： 针对每一轨道参数， 基于所述轨道参数的预设取值区间对所述轨道参数 赋值； 针对赋值后的各轨道参数， 基于轨道积分公式和借力飞行原 理确定所述火星探测器在 月球借力后的位置 矢量r1+和速度矢量v1+； 根据所述r1+和所述v1+确定第一转移轨道参数， 并根据所述第一转移轨道参数确定火 星探测器在发射后的总速度增量J1， 其中， 所述第一转移轨道参数包括所述火星探测器在权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114818243 A 3