基于轨道可达域的机动航天器接近威胁规避方法

doi:10.7527/S1000-6893.2023.28778

Abstract

Abstract:

In the face of the increasingly complex space security situation， this paper proposes an approach based on spacecraft reachable domain for spacecraft maneuvering approach threat calculation， assessment， and avoidance. Firstly， a general method to solve the reachable domain for spacecraft with single limited-magnitude impulse based on the reachable criterion is presented. Secondly， the region in the threat domain of on-orbit spacecraft is calculated by judging the position relationship between its orbit and the reachable domain of incoming maneuvering spacecraft which is the danger area. Thirdly， a threat evaluation index is defined by means of the time two spacecraft enter and exit the danger area. The threat of on-orbit spacecraft is measured from two aspects： position matching and time window matching. Based on minimizing the danger area， an active avoidance strategy of spacecraft with optimum multi-impulses maneuver is given to avoid the danger area. The simulations show that the on-orbit spacecraft can avoid the danger area while satisfying the given constraint conditions， and return to the proper orbit with minimum fuel consumption.

Key words: space security, orbital maneuver, reachable domain, collision threat avoidance, noncooperative spacecraft

CLC Number:

V448.2

Sai ZHANG, Zhen YANG, Xiangnan DU, Yazhong LUO. Threat avoidance strategy of spacecraft maneuvering approach based on orbital reachable domain[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2024, 45(4): 328778-328778.

Figures/Tables 23

Fig.1

Fig.2

Fig.3

Fig.4

Fig.5

Fig.6

Fig.7

Fig.8

Table 1

Fig.9

Table 2

Fig.10

Table 3

Table 4

Danger index ξD and time-window matching index ξT

系数	数值
$ξ D$	0.023 613
$ξ T$	1

Table 4

Fig.11

Table 5

Table 6

Danger index ξD and time-window matching index ξT（coplane case）

系数	数值
$ξ D$	0.288 78
$ξ T$	1

Table 6

Table 7

Optimal results of multi-impulses （without rendezvous constraint）

脉冲次数	速度增量/（ $m ⋅ s - 1$ ）	机动时刻/s	$ξ D', ξ T'$
1	260.25	1 224.32	［0， 0］
2	232.33	0， 3 205.6	［0， 0］
3	232.40	1.7， 3 203.5， 3 246.4	［0， 0］
4	232.91	42.2， 3 107.1， 3 208.9， 3 223.8	［0， 0］
5	232.78	16.7， 3 080.6， 3 148.9， 3 238.3， 3 371.4	［0， 0］

Table 7

Fig. 12

Fig. 13

Table 8

Optimal results of multi-impulses

脉冲次数	速度增量/（ $m ⋅ s - 1$ ）	机动时刻/s	$ξ D', ξ T'$
3	769.67	2.73， 3 917.77， 4 017.79	［0.013 9， 0］
4	771.32	2.66， 2 718.62， 2 725， 4 902.14	［0.005 3， 0］
5	775.33	0.4， 158.83， 2 593.2， 2 716.95， 4 845.78	［0.004 0， 0］
6	775.36	0， 249.13， 323.38， 2 695.2， 2 728.12， 4 908.25	［0.006 8， 0］

Table 8

Fig. 14

Fig. 15

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轨道根数	数值
半长轴/m	10⁷
偏心率	0.2
轨道倾角/（°）	20
升交点赤经/（°）	0
近地点角距/（°）	0
真近点角/（°）	30

轨道根数	在轨航天器1	在轨航天器2
半长轴/m	10⁷	10⁷
偏心率	0.15	0.15
轨道倾角/（°）	60	20
升交点赤经/（°）	90	0
近地点角距/（°）	-90	-90
真近点角/（°）	0	0

航天器类型	危险区	开始时间/s	结束时间/s
在轨航天器	1	2 602	2 722
在轨航天器	2	8 455	8 570
来袭航天器	1	2 423.35	2 750.64
来袭航天器	2	7 008.32	10 560.44

航天器类型	危险区	开始时间/s	结束时间/s
在轨航天器	1	0	1 010
	2	5 808	7 613
	1	9 894	9 953
来袭航天器	1	2 810.70	6 227.14
来袭航天器	2	6 748.26	11 277.51

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Threat avoidance strategy of spacecraft maneuvering approach based on orbital reachable domain

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