一种空地联合的空间碎片批量交会消除方法

涉及空地混合多空间碎片清除，具体涉及基于模拟退火算法的空地混合多空间碎片清除任务规划。

背景技术：

1、随着科技的发展和时代的进步，大规模卫星星座不断受到世界各国的重视，规划中以及在轨运行的大规模卫星星座不断涌现，越来越多的小卫星被发射到太空中，其中较为突出的大规模星座有马斯克的星链、中国的北斗等。空间碎片为由于人类活动产生的外太空的空间垃圾，空间碎片可能与在轨运行卫星发生撞击，对卫星星座的正常运行造成干扰，越来越多的卫星被发射到了外太空，由这些卫星产生的空间碎片也随之不断增加，对卫星正常运行造成极大的影响，合适的轨道资源也因此更加珍贵。因此，使用合适的方法对空间碎片进行清除极为重要。

2、对空间碎片的清除技术进行的研究很多，现在已有几种较为成熟经过在轨验证的空间碎片清理技术，如空间绳网捕获技术，机械臂捕获技术等等。这些技术都需要搭载清除装置的卫星被发射到太空中，为了节省资源，每颗卫星可以执行多次变轨，进行多次抓捕任务直到卫星所搭载的燃料耗尽。因此，节省卫星燃料，让单颗卫星清理多颗空间碎片成为清理更多空间碎片的重中之重。对于单颗卫星节省燃料问题，很多学者对此进行了探讨。但单颗卫星对多颗卫星进行打击，有其优化上限所在，当两个轨道二面角差距过大或者初始位置相差较远时，即使经过优化后的最佳结果也会耗费较多的燃料。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的，现有的几种较为成熟经过在轨验证的空间碎片清理技术，都是基于单颗卫星对多颗卫星进行打击，有其优化上限所在，当两个轨道二面角差距过大或者初始位置相差较远时，即使经过优化后的最佳结果也会耗费较多的燃料的技术问题，本发明提供的技术方案为：

2、基于退火算法的空地混合清除空间碎片变轨参数计算方法，包括：

3、采集空间碎片打击任务的步骤；

4、对星座中卫星进行模拟的步骤；

5、根据所述空间碎片打击任务和星座中卫星，得到算法的优化目标的步骤；

6、根据所述优化目标，设置模拟退火算法参数的步骤；

7、采集随机生成的初始解，作为所述模拟退火算法的起点的步骤；

8、对所述初始解进行迭代优化，至得到预设条件的变轨参数组合的步骤；

9、在每颗卫星只清除一颗空间碎片的基础上，根据所述变轨参数组合，将卫星个体与空间碎片个体进行匹配的步骤。

10、进一步，提供一个优选实施方式，所述算法为兰伯特算法。

11、进一步，提供一个优选实施方式，所述优化目标包括变轨时间、交会时间和交会圈数。

12、进一步，提供一个优选实施方式，所述参数包括初始温度、终止温度、降温速率和每个温度下的迭代次数。

13、基于同一发明构思，本发明还提供了基于退火算法的空地混合清除空间碎片变轨参数计算装置，包括：

14、采集空间碎片打击任务的模块；

15、对星座中卫星进行模拟的模块；

16、根据所述空间碎片打击任务和星座中卫星，得到算法的优化目标的模块；

17、根据所述优化目标，设置模拟退火算法参数的模块；

18、采集随机生成的初始解，作为所述模拟退火算法的起点的模块；

19、对所述初始解进行迭代优化，至得到预设条件的变轨参数组合的模块；

20、在每颗卫星只清除一颗空间碎片的基础上，根据所述变轨参数组合，将卫星个体与空间碎片个体进行匹配的模块。

21、基于同一发明构思，本发明还提供了一种空地联合的空间碎片批量交会消除方法，包括：

22、采集得到的卫星个体与空间碎片个体的匹配结果的步骤；

23、根据所述匹配结果，对空间碎片进行清除的步骤。

24、基于同一发明构思，本发明还提供了一种空地联合的空间碎片批量交会消除装置，包括：

25、采集得到的卫星个体与空间碎片个体的匹配结果的模块；

26、根据所述匹配结果，对空间碎片进行清除的模块。

27、基于同一发明构思，本发明还提供了计算机储存介质，用于储存计算机程序，当所述计算机程序被计算机读取时，所述计算机执行所述的方法。

28、基于同一发明构思，本发明还提供了计算机，包括处理器和储存介质，当所述处理器读取所述储存介质中储存的计算机程序时，所述计算机执行所述的方法。

29、基于同一发明构思，本发明还提供了计算机程序产品，作为计算机程序，当所述计算机程序被执行时，实现所述的方法。

30、与现有技术相比，本发明提供的技术方案的有益之处在于：

31、模拟退火算法的引入有效解决了兰伯特变轨问题的全局优化难题。具体来说，模拟退火算法通过逐步降低温度并接受次优解，避免了传统兰伯特变轨方法容易陷入局部最优解的局限性。这一改进使得变轨过程中能够显著减少速度脉冲，从而降低燃料消耗，相比于直接使用兰伯特方法，优化后的效果更加显著。

32、动态规划算法优化了卫星与空间碎片的匹配问题。通过合理设计状态转移方程和边界条件，动态规划确保了在每颗卫星只能清除一颗碎片的约束下，清除代价总和最小化。这种优化方式相比于简单的启发式匹配方法，更加系统化和高效，最终使得任务的总体清除成本显著降低。

33、在模拟退火算法和动态规划的结合下，整个技术方案不仅解决了变轨和碎片清除的双重问题，还实现了资源的最优配置。与现有的单一优化方法相比，该组合方案提供了更强的全局优化能力，特别是在面对多变量和复杂约束条件时，能够提供更优质的解，并且显著提高了任务执行的效率和成功率。

34、适合应用于空地混合多空间碎片清除的工作中。

技术特征：

1.基于退火算法的空地混合清除空间碎片变轨参数计算方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于退火算法的空地混合清除空间碎片变轨参数计算方法，其特征在于，所述算法为兰伯特算法。

3.根据权利要求1所述的基于退火算法的空地混合清除空间碎片变轨参数计算方法，其特征在于，所述优化目标包括变轨时间、交会时间和交会圈数。

4.根据权利要求1所述的基于退火算法的空地混合清除空间碎片变轨参数计算方法，其特征在于，所述参数包括初始温度、终止温度、降温速率和每个温度下的迭代次数。

5.基于退火算法的空地混合清除空间碎片变轨参数计算装置，其特征在于，包括：

6.一种空地联合的空间碎片批量交会消除方法，其特征在于，包括：

7.一种空地联合的空间碎片批量交会消除装置，其特征在于，包括：

8.计算机储存介质，用于储存计算机程序，其特征在于，当所述计算机程序被计算机读取时，所述计算机执行权利要求1所述的方法。

9.计算机，包括处理器和储存介质，其特征在于，当所述处理器读取所述储存介质中储存的计算机程序时，所述计算机执行权利要求1所述的方法。

10.计算机程序产品，作为计算机程序，其特征在于，当所述计算机程序被执行时，实现权利要求1所述的方法。

技术总结
一种空地联合的空间碎片批量交会消除方法，涉及空地混合多空间碎片清除技术领域。为解决现有技术中存在的，现有的几种较为成熟经过在轨验证的空间碎片清理技术，都是基于单颗卫星对多颗卫星进行打击，有其优化上限所在的技术问题，本发明提供的技术方案为：包括：采集算法的优化目标的步骤；根据所述优化目标，设置模拟退火算法参数的步骤；采集随机生成的初始解，作为所述模拟退火算法的起点的步骤；对所述初始解进行迭代优化，至得到预设条件的变轨参数组合的步骤。在每颗卫星只清除一颗空间碎片的基础上，根据所述变轨参数组合，将卫星个体与空间碎片个体进行匹配的步骤。适合应用于空地混合多空间碎片清除的工作中。

技术研发人员：刘天喜,赵彦铼,魏承
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/17