CN115230996B - 留轨末级控制方法、装置、系统、电子装置和存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种留轨末级控制方法、装置、系统、电子装置和存储介质，涉及航空航天技术领域，其中方法包括：基于留轨末级在当前目标轨道上的推进剂剩余量，以及当前目标轨道的轨道参数和下一目标轨道的轨道参数，确定留轨末级在下一目标轨道的推进剂剩余预测量；基于留轨末级在当前目标轨道上的电能剩余量，以及留轨末级在下一目标轨道执行探测任务的电能消耗预测量，确定留轨末级在下一目标轨道的电能剩余预测量；在推进剂剩余预测量大于第一推进剂阈值且电能剩余预测量大于第一电能阈值的情况下，控制留轨末级从当前目标轨道变轨至下一目标轨道。本发明提供的方法和装置，提高了运载火箭末级的设备重复利用率。

Description

留轨末级控制方法、装置、系统、电子装置和存储介质

技术领域

本发明涉及航空航天技术领域，尤其涉及一种留轨末级控制方法、装置、系统、电子装置和存储介质。

背景技术

运载火箭的末级在经历火箭入轨和星箭分离后，完成了发射主任务。之后，末级转换为留轨末级，继续在原有轨道上运行。由于留轨末级中依然保留了姿轨控动力系统，以及剩余的推进剂等，使得留轨末级具有在轨运行能力和轨道机动能力。在此基础上，可以在留轨末级上搭载不同的空间载荷，用于执行不同的太空任务。

相比于大型运载火箭在完成星箭分离后形成的留轨末级，小型火箭的体量较小，功耗较低，可以成为携带小型空间载荷的低成本留轨级平台，性价比较高，适合承担低轨探测任务。

因此，如何对留轨末级所执行的探测任务进行控制成为业界亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种留轨末级控制方法、装置、系统、电子装置和存储介质，用于解决如何对留轨末级所执行的探测任务进行控制的技术问题。

本发明提供一种留轨末级控制方法，包括：

获取留轨末级在当前目标轨道完成探测任务后的推进剂剩余量和电能剩余量；

基于所述留轨末级在所述当前目标轨道上的推进剂剩余量，以及所述当前目标轨道的轨道参数和下一目标轨道的轨道参数，确定所述留轨末级在所述下一目标轨道的推进剂剩余预测量；

基于所述留轨末级在所述当前目标轨道上的电能剩余量，以及所述留轨末级在所述下一目标轨道执行探测任务的电能消耗预测量，确定所述留轨末级在所述下一目标轨道的电能剩余预测量；

在所述推进剂剩余预测量大于第一推进剂阈值且所述电能剩余预测量大于第一电能阈值的情况下，控制所述留轨末级从所述当前目标轨道变轨至所述下一目标轨道。

根据本发明提供的留轨末级控制方法，所述留轨末级的推进剂加注量是基于如下步骤确定的：

确定所述留轨末级在完成星箭分离后所需要执行的多个探测任务；

基于各个探测任务对应的轨道参数，确定所述留轨末级的多个目标轨道；

基于所述留轨末级在各个目标轨道之间进行机动变轨的第一推进剂消耗量，以及所述留轨末级在各个目标轨道上进行姿态调整的第二推进剂消耗量，确定所述留轨末级的探测任务推进剂消耗量；

基于所述留轨末级的探测任务推进剂消耗量和所述留轨末级执行卫星发射任务的发射任务推进剂消耗量，确定所述留轨末级的推进剂加注量。

根据本发明提供的留轨末级控制方法，所述基于各个探测任务对应的轨道参数，确定所述留轨末级的多个目标轨道之后，所述方法包括：

基于各个探测任务对应的轨道参数中的轨道高度，对各个探测任务对应的目标轨道进行降序排列，生成所述留轨末级的目标轨道序列；

基于各个探测任务对应的轨道参数中的探测弧段，确定所述留轨末级在各个目标轨道上的可变轨弧段；

以从所述目标轨道序列中的当前目标轨道变轨至下一目标轨道所消耗的推进剂最少为优化目标，在所述当前目标轨道上的可变轨弧段中确定离轨位置，以及在所述下一目标轨道上的可变轨弧段中确定入轨位置；

基于所述离轨位置和所述入轨位置，确定所述留轨末级从所述当前目标轨道变轨至所述下一目标轨道的变轨控制参数，以及所述留轨末级从所述当前目标轨道变轨至所述下一目标轨道的第一推进剂消耗量。

根据本发明提供的留轨末级控制方法，所述确定所述留轨末级在所述下一目标轨道的电能剩余预测量之后，所述方法包括：

在所述推进剂剩余预测量小于第二推进剂阈值或者所述电能剩余预测量小于第二电能阈值的情况下，确定各个未完成探测任务的执行优先级；

将执行优先级最高的未完成探测任务对应的目标轨道确定为下一目标轨道；

控制所述留轨末级从所述当前目标轨道变轨至所述下一目标轨道；

其中，所述第二推进剂阈值是基于各个未完成探测任务的推进剂消耗预测量确定的；所述第二电能阈值是基于各个未完成探测任务的电能消耗预测量确定的。

根据本发明提供的留轨末级控制方法，所述控制所述留轨末级从所述当前目标轨道变轨至所述下一目标轨道，包括：

基于所述当前目标轨道的轨道参数和所述下一目标轨道的轨道参数，确定控制所述留轨末级从所述当前目标轨道变轨至所述下一目标轨道的变轨控制参数；

将所述变轨控制参数发送至所述留轨末级的箭上计算机，以使所述箭上计算机基于所述变轨控制参数控制所述留轨末级变轨至所述下一目标轨道。

根据本发明提供的留轨末级控制方法，所述确定所述留轨末级在所述下一目标轨道的电能剩余预测量之后，所述方法包括：

在所述推进剂剩余预测量小于等于第一推进剂阈值或者所述电能剩余预测量小于等于第一电能阈值的情况下，向所述留轨末级的箭上计算机发送离轨钝化指令，以使所述箭上计算机基于所述离轨钝化指令控制所述留轨末级离开所述当前目标轨道，保持所述留轨末级的各个设备在工作状态，直至所述留轨末级进入大气层被烧毁。

本发明提供一种留轨末级控制装置，包括：

获取单元，用于获取留轨末级在当前目标轨道完成探测任务后的推进剂剩余量和电能剩余量；

推进剂预测单元，用于基于所述留轨末级在所述当前目标轨道上的推进剂剩余量，以及所述当前目标轨道的轨道参数和下一目标轨道的轨道参数，确定所述留轨末级在所述下一目标轨道的推进剂剩余预测量；

电能预测单元，用于基于所述留轨末级在所述当前目标轨道上的电能剩余量，以及所述留轨末级在所述下一目标轨道执行探测任务的电能消耗预测量，确定所述留轨末级在所述下一目标轨道的电能剩余预测量；

控制单元，用于在所述推进剂剩余预测量大于第一推进剂阈值且所述电能剩余预测量大于第一电能阈值的情况下，控制所述留轨末级从所述当前目标轨道变轨至所述下一目标轨道。

本发明提供一种留轨末级控制系统，包括所述的留轨末级控制装置，以及留轨末级；

所述留轨末级控制装置，设置于地面监控站，与所述留轨末级通信连接。

本发明提供一种计算机可读的存储介质，所述计算机可读的存储介质包括存储的程序，其中，所述程序运行时执行所述的留轨末级控制方法。

本发明提供一种电子装置，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为通过所述计算机程序执行所述的留轨末级控制方法。

本发明提供的留轨末级控制方法、装置、系统、电子装置和存储介质，根据留轨末级在当前目标轨道上的推进剂剩余量，以及当前目标轨道的轨道参数和下一目标轨道的轨道参数，确定留轨末级在下一目标轨道的推进剂剩余预测量；根据留轨末级在当前目标轨道上的电能剩余量，以及留轨末级在下一目标轨道执行探测任务的电能消耗预测量，确定留轨末级在下一目标轨道的电能剩余预测量；在推进剂剩余预测量大于第一推进剂阈值且电能剩余预测量大于第一电能阈值的情况下，控制留轨末级从当前目标轨道变轨至下一目标轨道；实现了对留轨末级执行探测任务进行控制，使得留轨末级可以安全地在目标轨道上运行，避免进入失控状态；可以充分利用留轨末级完成卫星发射任务后的剩余推进剂，利用留轨末级的在轨运行能力和机动变轨能力来完成探测任务，提高了运载火箭末级的设备重复利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的留轨末级控制方法的流程示意图；

图2为本发明提供的留轨末级控制装置的结构示意图；

图3为本发明提供的留轨末级控制系统的结构示意图；

图4为本发明提供的电子装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

图1为本发明提供的留轨末级控制方法的流程示意图，如图1所示，该方法包括步骤110、步骤120、步骤130和步骤140。

步骤110、获取留轨末级在当前目标轨道完成探测任务后的推进剂剩余量和电能剩余量。

具体地，本发明实施例提供的留轨末级控制方法的执行主体为留轨末级控制装置。

留轨末级控制装置可以为用于对留轨末级进行远程控制的硬件装置，也可以为运行于地面控制设备中用于对留轨末级进行远程控制的程序软件。留轨末级控制装置设置在地面监控站或者运载火箭的发射指挥控制中心，以天地通信的方式与留轨末级进行数据传输，从而实现对留轨末级进行远程控制。

探测任务是指利用留轨末级在星箭分离后的剩余的推进剂和电能进行轨道控制和姿态控制后能够完成的任务。例如可以为地表探测、地磁探测和重力试验等。目标轨道为留轨末级在完成星箭分离后执行探测任务时需要保持的运行轨道。由于留轨末级可能搭载了不同的探测载荷，需要执行不同的探测任务，不同的探测任务需要留轨末级在不同的轨道上运行，因此留轨末级可以有多个目标轨道，利用剩余的推进剂变轨至不同的目标轨道，并在目标轨道上调整至合适的姿态使得探测载荷具有较好的探测视野，利用剩余的电能执行目标轨道上相对应的探测任务。

留轨末级进行变轨或者变姿态是不断消耗推进剂的过程。推进剂剩余量是指留轨末级中推进剂的剩余量。推进剂剩余量越高，表明留轨末级可以进行变轨或者变姿态的机动能力越强，可以执行探测任务的时间也就越长，留轨末级的在轨寿命也就越长。

留轨末级搭载的探测载荷以及其他设备在执行探测任务时，会消耗电能。电能剩余量越高，表明留轨末级可以提供给探测载荷的电量越多，足够支持探测载荷完成各类探测任务。

可以在留轨末级上设置各类传感器获取推进剂剩余量和电能剩余量。例如在推进剂贮存仓中设置压力传感器，通过压力换算得到推进剂剩余量；可以在主电池上设置电压传感器，通过电压换算得到电能剩余量。留轨末级可以通过与地面监控站进行天地通信，将推进剂剩余量和电能剩余量发送至留轨末级控制装置。

步骤120、基于留轨末级在当前目标轨道上的推进剂剩余量，以及当前目标轨道的轨道参数和下一目标轨道的轨道参数，确定留轨末级在下一目标轨道的推进剂剩余预测量。

具体地，推进剂剩余预测量是对留轨末级在目标轨道上的推进剂剩余量的预测值。

根据当前目标轨道的轨道参数和下一目标轨道的轨道参数，可以计算得到留轨末级从当前目标轨道变轨至下一目标轨道的过程中所需要消耗的推进剂，即推进剂消耗预测量。轨道参数为对留轨末级的运行轨道进行描述的参数，例如可以包括半长轴、离心率、轨道倾角、近心点幅角、升交点经度和真近点角等。

例如，根据留轨末级在当前目标轨道的轨道参数，可以计算得到留轨末级在当前目标轨道上的动能和势能。根据留轨末级在下一目标轨道的轨道参数，可以计算得到留轨末级在下一目标轨道上的动能和势能。通过比较可以确定留轨末级进行机动变轨的过程中需要消耗的能量，这些被消耗的能量全部来自于推进剂，可以得到推进剂消耗预测量，这是计算得到的预测值。

再根据留轨末级在当前目标轨道上的推进剂剩余量，以及计算得到的留轨末级从当前目标轨道变轨至下一目标轨道的过程中的推进剂消耗预测量，可以得到留轨末级在下一目标轨道的推进剂剩余预测量。

在此过程中，还可以考虑留轨末级在变轨时进行姿态调整所消耗的推进剂消耗量，以及留轨末级在当前目标轨道上的实际运行速度，来精确计算留轨末级在机动变轨中的推进剂消耗预测量，提高计算下一目标轨道的推进剂剩余预测量的准确性。

步骤130、基于留轨末级在当前目标轨道上的电能剩余量，以及留轨末级在下一目标轨道执行探测任务的电能消耗预测量，确定留轨末级在下一目标轨道的电能剩余预测量。

具体地，电能剩余预测量是对留轨末级在目标轨道上的电能剩余量的预测值。

留轨末级中的探测载荷在目标轨道上执行探测任务时，会消耗留轨末级中的电能。根据探测载荷在目标轨道上的开机时间和关机时间，以及探测载荷的额定功率，可以计算得到留轨末级在下一目标轨道执行探测任务的电能消耗预测量。

根据留轨末级在当前目标轨道上的电能剩余量，以及留轨末级在下一目标轨道执行探测任务的电能消耗预测量，可以确定留轨末级在下一目标轨道的电能剩余预测量。

在留轨末级安装有太阳能帆板的情况下，太阳能帆板可以在太阳光的照射下获取电能，对主电池进行电能补充。在计算留轨末级在下一目标轨道的电能剩余预测量时，还可以考虑留轨末级在变轨过程中所能补充的电能，以提高计算电能剩余预测量的准确性。

步骤140、在推进剂剩余预测量大于第一推进剂阈值且电能剩余预测量大于第一电能阈值的情况下，控制留轨末级从当前目标轨道变轨至下一目标轨道。

具体地，如果推进剂剩余预测量较小，表明留轨末级中剩余的推进剂已经存在不足，可能从当前目标轨道变轨至下一目标轨道后就可能耗尽，不足以支持完成剩下的探测任务。如果电能剩余预测量较小，表明留轨末级可能在下一目标轨道上执行完探测任务后，电能即将耗尽，不足以支持完成剩下的探测任务。

推进剂耗尽或者电能耗尽，都将使得留轨末级失去控制，无法完成主动离轨钝化，而是停留在原来的任务轨道附近振荡，成为太空危险源。因此，可以设置第一推进剂阈值，用于对推进剂剩余预测量进行衡量；设置第一电能阈值，用于对电能剩余预测量进行衡量。通过阈值比较，确定留轨末级在执行完下一目标轨道上的探测任务后，是否还可以继续执行下下一目标轨道上的探测任务，或者具有足够的推进剂和电量进行主动离轨钝化，从而提高了留轨末级执行探测任务的安全性。

第一推进剂阈值和第一电能阈值可以根据留轨末级的安全控制要求进行设置。

在推进剂剩余预测量大于第一推进剂阈值且电能剩余预测量大于第一电能阈值的情况下，留轨末级控制装置可以远程控制留轨末级从当前目标轨道变轨至下一目标轨道。

本发明实施例提供的留轨末级控制方法，根据留轨末级在当前目标轨道上的推进剂剩余量，以及当前目标轨道的轨道参数和下一目标轨道的轨道参数，确定留轨末级在下一目标轨道的推进剂剩余预测量；根据留轨末级在当前目标轨道上的电能剩余量，以及留轨末级在下一目标轨道执行探测任务的电能消耗预测量，确定留轨末级在下一目标轨道的电能剩余预测量；在推进剂剩余预测量大于第一推进剂阈值且电能剩余预测量大于第一电能阈值的情况下，控制留轨末级从当前目标轨道变轨至下一目标轨道；实现了对留轨末级执行探测任务进行控制，使得留轨末级可以安全地在目标轨道上运行，避免进入失控状态；可以充分利用留轨末级完成卫星发射任务后的剩余推进剂，利用留轨末级的在轨运行能力和机动变轨能力来完成探测任务，提高了运载火箭末级的设备重复利用率。

基于上述实施例，留轨末级的推进剂加注量是基于如下步骤确定的：

确定留轨末级在完成星箭分离后所需要执行的多个探测任务；

基于各个探测任务对应的轨道参数，确定留轨末级的多个目标轨道；

基于留轨末级在各个目标轨道之间进行机动变轨的第一推进剂消耗量，以及留轨末级在各个目标轨道上进行姿态调整的第二推进剂消耗量，确定留轨末级的探测任务推进剂消耗量；

基于留轨末级的探测任务推进剂消耗量和留轨末级执行卫星发射任务的发射任务推进剂消耗量，确定留轨末级的推进剂加注量。

具体地，由于运载火箭在发射后全靠提前加注的推进剂做功来执行卫星发射任务和探测任务。因此，留轨末级的推进剂加注量可以包括两部分，第一部分为留轨末级在执行卫星发射任务的过程中所需要的发射任务推进剂消耗量；第二部分为留轨末级在星箭分离后执行探测任务的过程中所需要的探测任务推进剂消耗量。

探测任务推进剂消耗量与留轨末级所需要执行的探测任务的数量以及各个探测任务对应的轨道要求相关，可以通过事先规划的方式确定。

可以获取留轨末级在完成星箭分离后所需要执行的多个探测任务，以及每个探测任务对应的轨道参数。

根据各个探测任务对应的轨道参数，可以确定留轨末级的多个目标轨道。对于轨道参数相同的探测任务，可以认为是基于同一个目标轨道实现的。例如可能存在3个探测任务，其中2个探测任务是在同一个轨道高度上实现的。则对于留轨末级而言，其目标轨道为2个。

可以根据这些目标轨道的轨道参数，计算留轨末级在各个目标轨道之间进行机动变轨的第一推进剂消耗量。

如果留轨末级还需要根据探测任务的不同在目标轨道上进行姿态调整，则可以计算留轨末级在各个目标轨道上进行姿态调整的第二推进剂消耗量。根据第一推进剂消耗量和第二推进剂消耗量，可以得到留轨末级的探测任务推进剂消耗量。

基于上述任一实施例，基于各个探测任务对应的轨道参数，确定留轨末级的多个目标轨道之后，方法包括：

基于各个探测任务对应的轨道参数中的轨道高度，对各个探测任务对应的目标轨道进行降序排列，生成留轨末级的目标轨道序列；

基于各个探测任务对应的轨道参数中的探测弧段，确定留轨末级在各个目标轨道上的可变轨弧段；

以从目标轨道序列中的当前目标轨道变轨至下一目标轨道所消耗的推进剂最少为优化目标，在当前目标轨道上的可变轨弧段中确定离轨位置，以及在下一目标轨道上的可变轨弧段中确定入轨位置；

基于离轨位置和入轨位置，确定留轨末级从当前目标轨道变轨至下一目标轨道的变轨控制参数，以及留轨末级从当前目标轨道变轨至下一目标轨道的第一推进剂消耗量。

具体地，可以根据各个探测任务对应的轨道参数中的轨道高度，对各个探测任务对应的目标轨道进行降序排列，生成留轨末级的目标轨道序列。这使得留轨末级可以通过不断降低轨道高度的方式执行探测任务，从而最大程度地降低能量损耗。

可以对留轨末级在各个目标轨道之间进行平滑变轨，以进一步地节省留轨末级的推进剂。

可以根据各个探测任务对应的轨道参数中的探测弧段，确定留轨末级在各个目标轨道上的可变轨弧段。探测弧段为目标轨道中执行探测任务所在的弧段。而除了探测弧段之外，留轨末级在目标轨道的其他部分不需要执行探测任务，因此，这些弧段可以作为可变轨弧段，即留轨末级可以在这些弧段上进行变轨。

在目标轨道序列中相邻的两个目标轨道之间进行变轨优化，以当前目标轨道和下一目标轨道为例，可以采用凸优化算法等，以从当前目标轨道变轨至下一目标轨道所消耗的推进剂最少为优化目标，在当前目标轨道上的可变轨弧段中确定留轨末级的离轨位置，以及在下一目标轨道上的可变轨弧段中确定留轨末级的入轨位置。

根据离轨位置和入轨位置，确定留轨末级从当前目标轨道变轨至下一目标轨道的变轨控制参数。该变轨控制参数是优化后的结果，可以降低推进剂的消耗。相应地，同时也可以计算得到留轨末级从当前目标轨道变轨至下一目标轨道的第一推进剂消耗量。

基于上述任一实施例，步骤130之后包括：

在推进剂剩余预测量小于第二推进剂阈值或者电能剩余预测量小于第二电能阈值的情况下，确定各个未完成探测任务的执行优先级；

将执行优先级最高的未完成探测任务对应的目标轨道确定为下一目标轨道；

控制留轨末级从当前目标轨道变轨至下一目标轨道；

其中，第二推进剂阈值是基于各个未完成探测任务的推进剂消耗预测量确定的；第二电能阈值是基于各个未完成探测任务的电能消耗预测量确定的。

具体地，留轨末级可能承担有多个探测任务，而留轨末级中的资源（推进剂和电能）是比较有限的，因此，当推进剂或者电能剩余量不足时，应当尽可能确保完成关键的探测任务。

可以设置为各个探测任务设置执行优先级，当资源不足时，通过执行优先级动态调整各个未完成探测任务的执行顺序。执行优先级用于对探测任务的重要性进行衡量。执行优先级越高，探测任务的重要性越高，探测任务的执行顺序越靠前。

在留轨末级在当前目标轨道上完成探测任务后，留轨末级控制装置可以确定剩下的未完成探测任务。根据各个未完成探测任务的推进剂消耗预测量可以确定第二推进剂阈值，例如可以通过求和方式，对各个未完成探测任务的推进剂消耗预测量进行累加。根据各个未完成探测任务的电能消耗预测量可以确定第二电能阈值，例如可以通过求和方式，对各个未完成探测任务的电能消耗预测量进行累加。

如果推进剂剩余预测量小于第二推进剂阈值或者电能剩余预测量小于第二电能阈值，表明留轨末级无法完成所有的未完成探测任务。此时，可以根据各个未完成探测任务的执行优先级，对各个未完成探测任务的执行顺序进行动态调整。具体做法为：将执行优先级最高的未完成探测任务作为下一待执行的探测任务，将其对应的目标轨道确定为下一目标轨道，然后控制留轨末级从当前目标轨道变轨至下一目标轨道。

基于上述任一实施例，步骤140包括：

基于当前目标轨道的轨道参数和下一目标轨道的轨道参数，确定控制留轨末级从当前目标轨道变轨至下一目标轨道的变轨控制参数；

将变轨控制参数发送至留轨末级的箭上计算机，以使箭上计算机基于变轨控制参数控制留轨末级变轨至下一目标轨道。

具体地，变轨控制参数为控制留轨末级从当前目标轨道机动变轨至下一目标轨道的控制参数，例如可以包括留轨末级的轨道控制发动机的控制量，以及姿态控制发动机的控制量等。

留轨末级控制装置将当前目标轨道的轨道参数与下一目标轨道的轨道参数进行比较，结合留轨末级的姿轨控发动机的动力配置，可以确定用于控制留轨末级的变轨控制参数。

留轨末级控制装置可以将变轨控制参数发送至留轨末级的箭上计算机。箭上计算机根据接收到的变轨控制参数，以及各个轨道控制动机和/或各个姿态控制发动机的控制特性，生成各个轨道控制发动机的控制指令和/或各个姿态控制发动机的控制指令，并将其发送至各个轨道控制发动机和/或各个姿态控制发动机，完成变轨控制。变轨后，留轨末级将从当前目标轨道变轨至下一目标轨道。

如果留轨末级上设置有专门用于在星箭分离后进行控制的留轨控制器，则留轨末级控制装置可以将变轨控制参数发送至留轨控制器，再由留轨控制器发送至箭上计算机。

基于上述任一实施例，步骤130之后还包括：

在推进剂剩余预测量小于等于第一推进剂阈值或者电能剩余预测量小于等于第一电能阈值的情况下，向留轨末级的箭上计算机发送离轨钝化指令，以使箭上计算机基于离轨钝化指令控制留轨末级离开当前目标轨道，保持留轨末级的各个设备在工作状态，直至留轨末级进入大气层被烧毁。

具体地，如果推进剂剩余预测量小于等于第一推进剂阈值或者电能剩余预测量小于等于第一电能阈值，表明留轨末级无法继续机动变轨，不可以继续执行探测任务。此时，留轨末级控制装置向箭上计算机发送离轨钝化指令。箭上计算机根据离轨钝化指令，控制轨道控制发动机和/或姿态控制发动机，减小留轨末级运行速度，降低留轨末级轨道近地点高度并减小轨道倾角，直至推进剂耗尽。此过程中留轨末级姿态一直保持稳定状态。

当留轨末级离开当前目标轨道后，需要进一步消除留轨末级自爆的危险。此时，可以保持留轨末级的各个设备在工作状态，持续消耗留轨末级中的推进剂和/或电量，直至留轨末级进入大气层烧毁。

基于上述任一实施例，图2为本发明提供的留轨末级控制装置的结构示意图，如图2所示，该装置包括：

获取单元210，用于获取留轨末级在当前目标轨道完成探测任务后的推进剂剩余量和电能剩余量；

推进剂预测单元220，用于基于留轨末级在当前目标轨道上的推进剂剩余量，以及当前目标轨道的轨道参数和下一目标轨道的轨道参数，确定留轨末级在下一目标轨道的推进剂剩余预测量；

电能预测单元230，用于基于留轨末级在当前目标轨道上的电能剩余量，以及留轨末级在下一目标轨道执行探测任务的电能消耗预测量，确定留轨末级在下一目标轨道的电能剩余预测量；

控制单元240，用于在推进剂剩余预测量大于第一推进剂阈值且电能剩余预测量大于第一电能阈值的情况下，控制留轨末级从当前目标轨道变轨至下一目标轨道。

本发明实施例提供的留轨末级控制装置，根据留轨末级在当前目标轨道上的推进剂剩余量，以及当前目标轨道的轨道参数和下一目标轨道的轨道参数，确定留轨末级在下一目标轨道的推进剂剩余预测量；根据留轨末级在当前目标轨道上的电能剩余量，以及留轨末级在下一目标轨道执行探测任务的电能消耗预测量，确定留轨末级在下一目标轨道的电能剩余预测量；在推进剂剩余预测量大于第一推进剂阈值且电能剩余预测量大于第一电能阈值的情况下，控制留轨末级从当前目标轨道变轨至下一目标轨道；实现了对留轨末级执行探测任务进行控制，使得留轨末级可以安全地在目标轨道上运行，避免进入失控状态；可以充分利用留轨末级完成卫星发射任务后的剩余推进剂，利用留轨末级的在轨运行能力和机动变轨能力来完成探测任务，提高了运载火箭末级的设备重复利用率。

基于上述任一实施例，该装置还包括：

推进剂确定单元，用于确定留轨末级在完成星箭分离后所需要执行的多个探测任务；

基于各个探测任务对应的轨道参数，确定留轨末级的多个目标轨道；

基于留轨末级在各个目标轨道之间进行机动变轨的第一推进剂消耗量，以及留轨末级在各个目标轨道上进行姿态调整的第二推进剂消耗量，确定留轨末级的探测任务推进剂消耗量；

基于留轨末级的探测任务推进剂消耗量和留轨末级执行卫星发射任务的发射任务推进剂消耗量，确定留轨末级的推进剂加注量。

基于上述任一实施例，该装置还包括：

任务优化单元，用于基于各个探测任务对应的轨道参数中的轨道高度，对各个探测任务对应的目标轨道进行降序排列，生成留轨末级的目标轨道序列；

基于各个探测任务对应的轨道参数中的探测弧段，确定留轨末级在各个目标轨道上的可变轨弧段；

以从目标轨道序列中的当前目标轨道变轨至下一目标轨道所消耗的推进剂最少为优化目标，在当前目标轨道上的可变轨弧段中确定离轨位置，以及在下一目标轨道上的可变轨弧段中确定入轨位置；

基于离轨位置和入轨位置，确定留轨末级从当前目标轨道变轨至下一目标轨道的变轨控制参数，以及留轨末级从当前目标轨道变轨至下一目标轨道的第一推进剂消耗量。

基于上述任一实施例，该装置还包括：

动态调整单元，用于在推进剂剩余预测量小于第二推进剂阈值或者电能剩余预测量小于第二电能阈值的情况下，确定各个未完成探测任务的执行优先级；

将执行优先级最高的未完成探测任务对应的目标轨道确定为下一目标轨道；

控制留轨末级从当前目标轨道变轨至下一目标轨道；

其中，第二推进剂阈值是基于各个未完成探测任务的推进剂消耗预测量确定的；第二电能阈值是基于各个未完成探测任务的电能消耗预测量确定的。

基于上述任一实施例，控制单元具体用于：

基于当前目标轨道的轨道参数和下一目标轨道的轨道参数，确定控制留轨末级从当前目标轨道变轨至下一目标轨道的变轨控制参数；

将变轨控制参数发送至留轨末级的箭上计算机，以使箭上计算机基于变轨控制参数控制留轨末级变轨至下一目标轨道。

基于上述任一实施例，该装置还包括：

离轨钝化单元，用于在推进剂剩余预测量小于等于第一推进剂阈值或者电能剩余预测量小于等于第一电能阈值的情况下，向留轨末级的箭上计算机发送离轨钝化指令，以使箭上计算机基于离轨钝化指令控制留轨末级离开当前目标轨道，保持留轨末级的各个设备在工作状态，直至留轨末级进入大气层被烧毁。

基于上述任一实施例，图3为本发明提供的留轨末级控制系统的结构示意图，如图3所示，该系统包括上述留轨末级控制装置200，以及留轨末级300；

留轨末级控制装置200，设置于地面监控站，与留轨末级300通信连接。

具体地，留轨末级控制装置可以为用于对留轨末级进行远程控制的硬件装置，也可以为运行于地面控制设备中用于对留轨末级进行远程控制的程序软件。留轨末级控制装置设置在地面监控站，以天地通信的方式与留轨末级进行数据传输，从而实现对留轨末级进行远程控制。

本发明实施例提供的留轨末级控制系统，通过设置在地面的留轨末级控制装置与运行在太空的留轨末级进行通信，实现了对留轨末级的远程控制，可以充分利用留轨末级完成卫星发射任务后的剩余推进剂，利用留轨末级的在轨运行能力和机动变轨能力来完成探测任务，提高了运载火箭末级的设备重复利用率。

基于上述任一实施例，图4为本发明提供的电子装置的结构示意图，如图4所示，该电子装置可以包括：处理器（Processor）410、通信接口（Communications Interface）420、存储器（Memory）430和通信总线（Communications Bus）440，其中，处理器410，通信接口420，存储器430通过通信总线440完成相互间的通信。处理器410可以调用存储器430中的逻辑命令，以执行如下方法：

获取留轨末级在当前目标轨道完成探测任务后的推进剂剩余量和电能剩余量；基于留轨末级在当前目标轨道上的推进剂剩余量，以及当前目标轨道的轨道参数和下一目标轨道的轨道参数，确定留轨末级在下一目标轨道的推进剂剩余预测量；基于留轨末级在当前目标轨道上的电能剩余量，以及留轨末级在下一目标轨道执行探测任务的电能消耗预测量，确定留轨末级在下一目标轨道的电能剩余预测量；在推进剂剩余预测量大于第一推进剂阈值且电能剩余预测量大于第一电能阈值的情况下，控制留轨末级从当前目标轨道变轨至下一目标轨道。

此外，上述的存储器430中的逻辑命令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干命令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本发明实施例提供的电子装置中的处理器可以调用存储器中的逻辑指令，实现上述方法，其具体的实施方式与前述方法实施方式一致，且可以达到相同的有益效果，此处不再赘述。

本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的方法。

本发明实施例提供的非暂态计算机可读存储介质上存储的计算机程序被执行时，实现上述方法，其具体的实施方式与前述方法实施方式一致，且可以达到相同的有益效果，此处不再赘述。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干命令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种留轨末级控制方法，其特征在于，包括：

获取留轨末级在当前目标轨道完成探测任务后的推进剂剩余量和电能剩余量；

基于所述留轨末级在所述当前目标轨道上的推进剂剩余量，以及所述当前目标轨道的轨道参数和下一目标轨道的轨道参数，确定所述留轨末级在所述下一目标轨道的推进剂剩余预测量；

基于所述留轨末级在所述当前目标轨道上的电能剩余量，以及所述留轨末级在所述下一目标轨道执行探测任务的电能消耗预测量，确定所述留轨末级在所述下一目标轨道的电能剩余预测量；

在所述推进剂剩余预测量大于第一推进剂阈值且所述电能剩余预测量大于第一电能阈值的情况下，控制所述留轨末级从所述当前目标轨道变轨至所述下一目标轨道；

所述留轨末级的推进剂加注量是基于如下步骤确定的：

确定所述留轨末级在完成星箭分离后所需要执行的多个探测任务；

基于各个探测任务对应的轨道参数，确定所述留轨末级的多个目标轨道；

基于所述留轨末级在各个目标轨道之间进行机动变轨的第一推进剂消耗量，以及所述留轨末级在各个目标轨道上进行姿态调整的第二推进剂消耗量，确定所述留轨末级的探测任务推进剂消耗量；

基于所述留轨末级的探测任务推进剂消耗量和所述留轨末级执行卫星发射任务的发射任务推进剂消耗量，确定所述留轨末级的推进剂加注量；

所述基于各个探测任务对应的轨道参数，确定所述留轨末级的多个目标轨道之后，所述方法包括：

基于各个探测任务对应的轨道参数中的轨道高度，对各个探测任务对应的目标轨道进行降序排列，生成所述留轨末级的目标轨道序列；

基于各个探测任务对应的轨道参数中的探测弧段，确定所述留轨末级在各个目标轨道上的可变轨弧段；

以从所述目标轨道序列中的当前目标轨道变轨至下一目标轨道所消耗的推进剂最少为优化目标，在所述当前目标轨道上的可变轨弧段中确定离轨位置，以及在所述下一目标轨道上的可变轨弧段中确定入轨位置；

基于所述离轨位置和所述入轨位置，确定所述留轨末级从所述当前目标轨道变轨至所述下一目标轨道的变轨控制参数，以及所述留轨末级从所述当前目标轨道变轨至所述下一目标轨道的第一推进剂消耗量。

2.根据权利要求1所述的留轨末级控制方法，其特征在于，所述确定所述留轨末级在所述下一目标轨道的电能剩余预测量之后，所述方法包括：

在所述推进剂剩余预测量小于第二推进剂阈值或者所述电能剩余预测量小于第二电能阈值的情况下，确定各个未完成探测任务的执行优先级；

将执行优先级最高的未完成探测任务对应的目标轨道确定为下一目标轨道；

控制所述留轨末级从所述当前目标轨道变轨至所述下一目标轨道；

其中，所述第二推进剂阈值是基于各个未完成探测任务的推进剂消耗预测量确定的；所述第二电能阈值是基于各个未完成探测任务的电能消耗预测量确定的。

3.根据权利要求1所述的留轨末级控制方法，其特征在于，所述控制所述留轨末级从所述当前目标轨道变轨至所述下一目标轨道，包括：

基于所述当前目标轨道的轨道参数和所述下一目标轨道的轨道参数，确定控制所述留轨末级从所述当前目标轨道变轨至所述下一目标轨道的变轨控制参数；

将所述变轨控制参数发送至所述留轨末级的箭上计算机，以使所述箭上计算机基于所述变轨控制参数控制所述留轨末级变轨至所述下一目标轨道。

4.根据权利要求1所述的留轨末级控制方法，其特征在于，所述确定所述留轨末级在所述下一目标轨道的电能剩余预测量之后，所述方法包括：

在所述推进剂剩余预测量小于等于第一推进剂阈值或者所述电能剩余预测量小于等于第一电能阈值的情况下，向所述留轨末级的箭上计算机发送离轨钝化指令，以使所述箭上计算机基于所述离轨钝化指令控制所述留轨末级离开所述当前目标轨道，保持所述留轨末级的各个设备在工作状态，直至所述留轨末级进入大气层被烧毁。

5.一种留轨末级控制装置，其特征在于，包括：

获取单元，用于获取留轨末级在当前目标轨道完成探测任务后的推进剂剩余量和电能剩余量；

推进剂预测单元，用于基于所述留轨末级在所述当前目标轨道上的推进剂剩余量，以及所述当前目标轨道的轨道参数和下一目标轨道的轨道参数，确定所述留轨末级在所述下一目标轨道的推进剂剩余预测量；

电能预测单元，用于基于所述留轨末级在所述当前目标轨道上的电能剩余量，以及所述留轨末级在所述下一目标轨道执行探测任务的电能消耗预测量，确定所述留轨末级在所述下一目标轨道的电能剩余预测量；

控制单元，用于在所述推进剂剩余预测量大于第一推进剂阈值且所述电能剩余预测量大于第一电能阈值的情况下，控制所述留轨末级从所述当前目标轨道变轨至所述下一目标轨道；

所述装置还包括：

推进剂确定单元，用于确定所述留轨末级在完成星箭分离后所需要执行的多个探测任务；基于各个探测任务对应的轨道参数，确定所述留轨末级的多个目标轨道；基于所述留轨末级在各个目标轨道之间进行机动变轨的第一推进剂消耗量，以及所述留轨末级在各个目标轨道上进行姿态调整的第二推进剂消耗量，确定所述留轨末级的探测任务推进剂消耗量；基于所述留轨末级的探测任务推进剂消耗量和所述留轨末级执行卫星发射任务的发射任务推进剂消耗量，确定所述留轨末级的推进剂加注量；

任务优化单元，用于基于各个探测任务对应的轨道参数中的轨道高度，对各个探测任务对应的目标轨道进行降序排列，生成所述留轨末级的目标轨道序列；基于各个探测任务对应的轨道参数中的探测弧段，确定所述留轨末级在各个目标轨道上的可变轨弧段；以从所述目标轨道序列中的当前目标轨道变轨至下一目标轨道所消耗的推进剂最少为优化目标，在所述当前目标轨道上的可变轨弧段中确定离轨位置，以及在所述下一目标轨道上的可变轨弧段中确定入轨位置；基于所述离轨位置和所述入轨位置，确定所述留轨末级从所述当前目标轨道变轨至所述下一目标轨道的变轨控制参数，以及所述留轨末级从所述当前目标轨道变轨至所述下一目标轨道的第一推进剂消耗量。

6.一种留轨末级控制系统，其特征在于，包括如权利要求5所述的留轨末级控制装置，以及留轨末级；

所述留轨末级控制装置，设置于地面监控站，与所述留轨末级通信连接。

7.一种计算机可读的存储介质，其特征在于，所述计算机可读的存储介质包括存储的程序，其中，所述程序运行时执行权利要求1至4中任一项所述的留轨末级控制方法。

8.一种电子装置，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为通过所述计算机程序执行权利要求1至4中任一项所述的留轨末级控制方法。

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