本技术涉及一种航空航天领域内的Halo轨道稳定控制方法。该技术利用三体动力学原理,结合微分修正技术,精确获取标称Halo轨道。通过控制策略,实现对Halo轨道的长期稳定控制,确保航天器在复杂空间环境中的精确运行。
背景技术
平动点不仅是对空间环境进行科学探测的绝佳位置,也是人类进行深空探测的一个重要的中转站,具有重要的研究意义,已经成为各航天大国深空探测任务的热点目标。日地L1/L2点附近Halo轨道是三体动力学系统中共线平动点附近存在的一类特殊的三维周期轨道,该轨道可作为近地小行星观测、宇宙观测等任务的部署轨道,具有重要的应用价值。然而,由于共线平动点轨道不稳定特性,以及三体系统的混沌特性,在其上运行的航天器会很快偏离原轨道,因此在实际任务中,必须对其进行轨道维持控制。对于Halo轨道的控制保持,相对于脉冲控制保持,小推力控制方式精度高、比冲大。但小推力控制方式通常需要推力器一直工作,受限于推力器的工作寿命,小推力控制保持方式难以适用于Halo轨道长期保持任务。
在已发展的Halo轨道控制保持方法中,在先技术[1](Nazari M,Anthony W,andButcher E.A.Continuous Thrust Station-keeping in Earth-Moon L1 Halo OrbitsBased on LQR control and Floquet Theory[c].AIAA/AAS Astrodynamics SpecialistConference,2014,4140),针对地月L1点Halo轨道维持问题,给出了基于时变LQR的轨道保持策略,并结合了死区控制降低推力器工作时间。该方法的优点是相比于具有恒定控制增益的连续控制器,时变LQR所需的燃料消耗更低,且利用死区控制考虑了推力器的工作寿命限制,缺点是没有对死区范围进行设计,则航天器可能偏离标称轨道过多,而出现在推力约束的限制下航天器飞离标称Halo轨道。
在先技术[2](Yi Q,Ruiter A.d.Station-keeping strategy for realtranslunar libration point orbits using continuous thrust[J].AerospaceScience and Technology,2019,94:105376),针对地月平动点附近周期轨道,给出了基于反步法和死区控制的轨道保持策略,并讨论了不同死区范围设定对轨道控制保持的影响。该方法的优点是在小推力保持控制策略中利用死区控制考虑了推力器的工作寿命限制,分析了死区方案中区域范围设定对燃料消耗的影响,缺点是该方法在设计控制器和死区范围时无法考虑控制约束,则无法保证控制器的稳定性与可控性。
实现思路