远距离逆行轨道的近距离编队轨道保持策略

doi:10.7527/S1000-6893.2024.30306

Abstract

Abstract:

Distant Retrograde Orbit （DRO） is a family of large-scale， lunar-retrograde periodic orbits in the cislunar space. Due to its advantages of long-term stability and low-energy transfer， DRO has become a potential orbit for many cislunar space missions. Investigating close formation techniques on DRO is of great significance for cislunar on-orbit servicing. Considering navigation and execution errors， it is essential to study the uncertainty propagation of close relative motion on DRO and design stationkeeping strategies. The fundamental solution set of linearized relative motion on DRO obtained through the Floquet theory is introduced. Based on periodic solutions， analyses of sensitivity and safety uncertainty propagation of DRO formation flight are conducted using the Cauchy-Green tensor and unscented transformation， respectively. Based on these analyses and considering engineering constraints， it is found that keeping the maneuver frequency of 2 times per cycle and the maneuver locations at two perilunes is the near-optimal stationkeeping scheme. Following this， two stationkeeping algorithms are proposed based on the concepts of relative trajectory following and absolute phase bias. The simulation results show that both stationkeeping algorithms can ensure long-term safety and reasonable configuration of DRO close formation flight.

Key words: distant retrograde orbit (DRO), circular restricted three-body problem, relative motion, uncertainty propagation, station keeping

CLC Number:

V412

Haiyue AO, Chihang YANG, Yu SHI, Hao ZHANG. Stationkeeping strategies for close formation flight on distant retrograde orbits[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2024, 45(22): 330306.

Figures/Tables 22

Fig.1

Fig.2

Fig.3

Fig.4

Fig.5

Fig.6

Fig.7

Fig.8

Table 1

Optimal values of objective functions for four schemes

机动次数	$J P o s V e l$	$J s a f e t y$
1	12.268 8	0.383 6
2	8.093 6	0.647 2
3	7.935 0	0.637 2
4	6.114 6	0.648 5

Table 1

Fig.9

Table 2

Table 3

Table 4

Fig.10

Table 5

Fig.11

Table 6

Fig.12

Fig.13

Fig.14

Fig.15

Fig.16

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场景参数	数值
仿真次数	1 000
仿真时长（DRO圈数）	6
历元时刻（UTCG）	17 Jun 2024 04∶02∶05.869
主星初始位置/km	（68 328.5，0，8 627.5）
主星初始速度/（km·s^-1）	（0.017 1， -0.476 2， 0.033 9）
副星初始位置/km	（21.3，457.0，-1.7）
副星初始速度/（km·s^-1）	（0.942 6，-0.082 2，-0.014 1）

名称	参数
地球引力场	70×70 GGM01C
月球引力场	20×20 GL0660B
三体引力	太阳
太阳光压	球模型

不确定性信息	数值
导航位置误差/km	3.3
导航速度误差/（mm·s^-1）	10
插入位置误差/km	3.3
插入速度误差/（mm·s^-1）	10
控制误差/（mm·s^-1）	10

控制算法	最小相对距离/km		与参考轨迹的最大偏离/km
控制算法	均值	标准差	均值	标准差
RPA	326.2	9.1	66.5	16.3
APA	335.0	8.9	73.7	14.2

轨道参数	数值
x/km	-67 346.2
y/km	0
z/km	907.5
v_x /（km·s^-1）	-0.016 1
v_y /（km·s^-1）	0.532 0
v_z /（km·s^-1）	-0.051 7

Stationkeeping strategies for close formation flight on distant retrograde orbits

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