【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于地球同步軌道太空垃圾清除領域，特別涉及了一種基于太空加油站的geo太空垃圾清除任務規劃方法。
技術介紹
1、近幾十年以來基于空間機器人的geo太空垃圾主動清除任務規劃方法人類對太空環境的進一步開發利用，太空垃圾數量日益增長，主要集中在太陽同步軌道和地球同步軌道(geo)。若不采取任何措施，太空垃圾將長期存在。太空垃圾對在軌空間系統的正常、安全運行造成重大威脅，一旦發生碰撞將導致衛星損毀或者爆炸解體。更進一步的，甚至出現級聯碰撞效應，導致人類的太空活動被迫停止。例如，2009年2月美國的“依星”33號與俄羅斯的“宇宙”2251號發生碰撞，致使兩顆衛星損毀，增加近3000個10cm以上的太空垃圾。
2、geo是極其珍貴的軌道資源，最大的特點是軌道周期和地球自轉周期一致，因此得名地球同步軌道。geo是各航天大國的必爭之地，目前已到了“見縫插針”的地步。除了正常工作的衛星之外，還存在大量的太空垃圾，主要包括廢棄衛星、各類碎片、火箭上面級等。雖然國際空間碎片協調委員會要求geo衛星在壽命即將終結時，利用自身剩余燃料轉移到geo之上200～300km的墳墓軌道，但實際情況是geo上的太空垃圾仍不斷增多。因此，geo太空垃圾主動清除成為一項迫在眉睫的世界性課題，具有重要意義。
3、geo太空垃圾的主動清除方式，以及對應的任務規劃問題是亟待解決的熱點問題。現有的太空垃圾清除方式主要有“一對一”和“一對多”兩種模式，即一個空間機器人清除一個太空垃圾，和一個空間機器人清除多個太空垃圾，其中空間機器人一般是指具備
技術實現思路
1、為了解決
技術介紹
中存在的問題，本專利技術的目的在于提供一種基于太空加油站的地球同步軌道(geo)太空垃圾清除任務規劃方法。
2、本專利技術所采用的技術方案如下，包括以下步驟：
3、步驟s1、獲取空間機器人、太空加油站和多個待清除太空垃圾的基本信息；
4、所述的基本信息包括軌道根數和質量；
5、步驟s2：設計空間機器人主動清除多個geo太空垃圾的軌道機動方式；
6、所述空間機器人的軌道機動方式具體為：在任務初始時刻，將空間機器人和太空加油站發射部署至geo，空間機器人通過軌道機動往返于geo太空垃圾和太空加油站，空間機器人在太空加油站獲得燃料補給，在geo軌道上捕獲太空垃圾，并轉移到墳墓軌道上釋放太空垃圾；清除任務完成后，空間機器人返回至太空加油站。
7、步驟s3：對空間機器人的geo太空垃圾主動清除任務進行規劃，并輸出空間機器人的geo太空垃圾主動清除任務的最優方案。
8、所述步驟s2中，空間機器人的軌道機動方式如下：
9、步驟s2.1、在任務初始時刻，將空間機器人和太空加油站發射部署至初始的geo；
10、步驟s2.2、對空間機器人進行軌道面調整、共面調相，使得空間機器人與待清除太空垃圾的軌道面、相位一致；接著利用空間機器人對geo上的太空垃圾進行捕獲，捕獲太空垃圾后，空間機器人通過雙脈沖霍曼轉移從geo轉移至墳墓軌道，并在墳墓軌道上釋放太空垃圾；
11、至此完成第一個待清除太空垃圾的主動清除任務；
12、步驟s2.3、釋放太空垃圾后，對空間機器人的燃料儲備進行判斷：
13、若空間機器人的剩余燃料大于燃料閾值，則重復步驟s2.2，以在墳墓軌道上釋放下一個太空垃圾；
14、否則，對空間機器人進行軌道面調整、共面調相，使得空間機器人與太空加油站的軌道面、相位一致；接著通過太空加油站對空間機器人進行燃料補充；燃料補充完畢后重復步驟s2.2，以在墳墓軌道上釋放下一個太空垃圾；
15、步驟s2.4、所述步驟s2.3構成了一次完整的太空垃圾主動清除任務，重復多次太空垃圾主動清除任務從而實現對多個太空垃圾的主動清除；
16、步驟s2.5、所有的太空垃圾主動清除任務完成后，空間機器人返回至太空加油站。
17、所述步驟s3具體為：
18、步驟3.1、定義太空垃圾的清除次序x和決策變量s：
19、x＝[x1,x2,..,xj,..,xn]
20、s＝[s1,s2,..,sj,..,sn]
21、sj∈{0,1}
22、其中，xj為第j個被清除的太空垃圾的編號，j為太空垃圾的清除序數，n為被清除掉的太空垃圾的總數；sj為空間機器人清除完第j個太空垃圾后是否回到太空加油站進行補給的決策，sj＝0表示繼續清除下一個太空垃圾，sj＝1表示回到太空加油站補給燃料，補給完成后繼續清除下一個目標；
23、步驟3.2、獲取空間機器人進行軌道機動所消耗的燃料總質量表達式；
24、步驟3.3、基于蟻群算法對空間機器人的清除路徑進行優化設計：
25、步驟3.3.1、首先構建所有待清除geo太空垃圾的集合p：
26、p＝{1,2,...,n}
27、其中，n為太空垃圾的總數量；
28、步驟3.3.2、根據清除次序x和決策變量s定義蟻群算法中螞蟻k的路徑r，并將該路徑作為空間機器人的清除路徑r：
29、r＝[ν+1，x1，y1，x2，y2,..,xj，yj,..,xn，yn]
30、其中，n+1為太空加油站的編號；yj表示空間機器人清除完第j個太空垃圾后是否回到太空加油站進行補給的決策編號，當sj＝0時，yj為空(即不在xj的后一位添加太空加油站的編號，不進行任何操作)，sj＝1時，yj取n+1(，即在xj的后一位添加太空加油站的編號)；
31、步驟3.3.3、定義蟻群算法的禁忌列表tabuk，以及允許選擇的太空垃圾/加油站集合allowedk；在任務初始時刻，蟻群算法開始時的禁忌列表每當清除完一個太空垃圾后將該太空垃圾的編號記入禁忌列表tabuk中；
32、步驟3.3.4、初始化蟻群算法的初始參數，參數包括信息素和啟發信息；
33、步驟3.3.5、根據信息素和啟發信息，獲取螞蟻k由當前路徑編號p移動至下一個路徑編號q的選擇概率所述路徑編號q選自允許選擇的太空垃圾/加油站集合allowedk中；
34、步驟3.3.5、使所有螞蟻按蟻群算法的選擇概率各自尋路，選擇所有路徑中所需燃料總質量mfuel最少的路徑作為當前循環的最優路徑lbest；
35、步驟3.3.6、根據最優路徑lbest更新兩個路徑編號之間的信息素；
36、步驟3.3.7、重復步驟3.3.5～步驟3.3.6進行迭代，直至蟻群算法達到最大迭代次數后，篩選出所有路徑中所需燃料總質量mfuel最少的路徑作為空間機器人的最終清除路徑，同時獲取對應的燃料總質量本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于太空加油站的GEO太空垃圾清除任務規劃方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種基于太空加油站的GEO太空垃圾清除任務規劃方法，其特征在于：所述步驟S2中，空間機器人的軌道機動方式如下：
3.根據權利要求1所述的一種基于空間機器人的GEO太空垃圾主動清除任務規劃方法，其特征在于：所述步驟S3具體為：
4.根據權利要求2所述的一種基于太空加油站的GEO太空垃圾清除任務規劃方法，其特征在于：所述步驟2中對空間機器人進行軌道面調整，使得空間機器人與待清除太空垃圾/太空加油站的軌道面一致的方法具體為：
5.根據權利要求2所述的一種基于太空加油站的GEO太空垃圾清除任務規劃方法，其特征在于：所述步驟S2.2中雙脈沖霍曼轉移的總速度增量Δvh的表示式為：
6.根據權利要求3所述的一種基于太空加油站的GEO太空垃圾清除任務規劃方法，其特征在于：所述步驟3.2具體為：
7.根據權利要求3所述的一種基于太空加油站的GEO太空垃圾清除任務規劃方法，其特征在于：所述步驟3.3.3中，允許選擇的太空垃
8.根據權利要求3所述的一種基于太空加油站的GEO太空垃圾清除任務規劃方法，其特征在于：所述步驟3.3.4具體為：
9.根據權利要求3所述的一種基于太空加油站的GEO太空垃圾清除任務規劃方法，其特征在于：
10.根據權利要求3所述的一種基于太空加油站的GEO太空垃圾清除任務規劃方法，其特征在于：所述步驟3.3.6具體為：
...【技術特征摘要】
1.一種基于太空加油站的geo太空垃圾清除任務規劃方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種基于太空加油站的geo太空垃圾清除任務規劃方法，其特征在于：所述步驟s2中，空間機器人的軌道機動方式如下：
3.根據權利要求1所述的一種基于空間機器人的geo太空垃圾主動清除任務規劃方法，其特征在于：所述步驟s3具體為：
4.根據權利要求2所述的一種基于太空加油站的geo太空垃圾清除任務規劃方法，其特征在于：所述步驟2中對空間機器人進行軌道面調整，使得空間機器人與待清除太空垃圾/太空加油站的軌道面一致的方法具體為：
5.根據權利要求2所述的一種基于太空加油站的geo太空垃圾清除任務規劃方法，其特征在于：所述步驟s2.2中雙脈沖霍曼轉移的總...
【專利技術屬性】
技術研發人員：周洋，王國成，裴翔，
申請(專利權)人：杭州國辰機器人科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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