平动点轨道演化性质分析和应用研究

三体问题中,轨道的受力和运动规律非常复杂.对于特定的任务,如何选择轨道的初始解是一大难题.针对平面三体问题,利用近拱点庞加莱映射,对平动点顺行轨道和逆行轨道的长期和短期演化性质进行分析.根据轨道的初始状态将其分为逃逸轨道和捕获轨道.对于逃逸轨道,给出了同宿轨道和异宿轨道的设计方法,并利用两级微分修正法消除了拼接点处的位置不连续问题.对于捕获轨道,得到了几类典型的周期和准周期轨道.对逆行轨道的演化性质进行分析时发现,逆行轨道通常为准周期轨道,比顺行轨道更加稳定.利用近拱点庞加莱映射可以快速确定不同类型轨道对应的初始状态,为特定任务需求下的轨道设计提供了一种快速而有效的选择方案.

基于微分进化算法的深空轨道全局优化设计

针对多目标多任务的深空探测轨道设计问题,提出一种新的将探测目标、探测方式、探测顺序以及发射窗口同时作为优化变量,并采用微分进化算法进行全局优化的设计方法.使用该方法在只考虑太阳中心引力作用的二体模型下,基于圆锥曲线拼接法建立第三届全国深空轨道设计竞赛问题的优化模型并进行求解.最后利用该方法求解ESA的ACT研究团队的深空探测任务算例并对结果进行对比分析.结果表明,提出的全局优化设计方法对解决多目标、多任务深空探测轨道优化设计问题是可行和有效的.

基于微分进化算法的深空小推力轨道优化设计

针对多目标多任务的深空探测轨道优化设计问题,基于以太阳为主引力体的二体模型,采用电推进小推力系统,提出了将目标行星的探测方式、探测顺序、发射窗口同时进行全局优化的解决方案。依此建立小推力轨道优化设计算法模型,利用微分进化算法进行全局一体化优化设计,得出多目标多任务的一体化深空探测轨道。通过与相同条件下其他设计方法的结果比对分析得出:基于小推力推进方式并采用微分进化算法进行优化的轨道优化设计方案,在多目标多任务深空轨道一体化设计问题上具有可行性及应用价值。

三体轨道动力学研究进展

三体系统轨道动力学问题是航天动力学领域中的经典问题,具有丰富的理论与工程意义,并将在人类由近地延伸到深空的航天活动过程中起到至关重要的作用.本文回顾并总结了三体系统轨道动力学相关研究进展,并结合未来的深空探测的发展趋势,展望了三体系统轨道动力学研究中的热点与挑战.首先阐述了三体问题的研究背景及意义,简要回顾了三体系统动力学模型的发展历程.其次,系统概述了三体系统平衡点附近的局部运动特性,介绍了平衡点附近周期轨道解析与数值求解方法,给出了拟周期运动的最新进展.同时总结了共振轨道、循环轨道、自由返回轨道等三类三体系统全局周期运动的动力学特性与研究进展.再次,从不变流形理论和弱稳定边界理论两个方面综述了三体系统中低能量转移与捕获轨道设计的研究进展.最后,综述了三体系统轨道动力学在编队飞行、导航星座设计两方面的应用,并展望了全月面覆盖轨道设计、三体系统下的小推力轨道优化和三体系统的三角平衡点开发利用中值得关注的轨道动力学与控制问题.

利用halo导航星的地月空间联合自主轨道确定

面向未来地月空间的自主导航定位需求,研究了利用halo导航星的地月空间联合自主轨道确定(LAOD)。首先,建立了基于星间测距的地月空间联合自主定轨模型;其次,讨论了利用halo导航星联合自主定轨的可观性;最后,数值分析了不同误差条件下导航星与用户星的联合自主定轨精度,其中用户星轨道涵盖了典型的地月空间任务轨道,包括低地球轨道(LEO)、地月转移飞行轨道(CTT)和环月低轨道(LLO)。针对CTT自主定轨精度问题,特别分析了利用2颗halo导航星的定轨情况。结果表明,单颗halo导航星条件下LEO和LLO的定轨精度最高,导航星次之,CTT最差,增加1颗halo导航星可将CTT的定轨精度提高至少2倍,可为星间联合自主轨道确定技术在后续月球和深空探测任务中的应用提供参考借鉴。

基于Bi-LSTM网络的自由漂浮空间机械臂控制

自由漂浮空间机械臂轨迹跟踪控制受模型不确定性和外部扰动影响。针对该问题,提出了基于神经网络估计的自适应滑模控制策略.对模型不确定问题,采用双向长短期记忆神经网络(Bi-LSTM)对空间机械臂模型不确定性进行估计,其中神经网络的估计方式为离线学习方式.采用自适应滑模控制解决网络估计中的误差和外部扰动影响.通过Lyapunov方法证明系统的稳定性,数值仿真验证控制策略的有效性.结果表明所提出的新型控制器能够实现低增益下控制性能的有效提升.

空间飞行器轨道估计与误差分析

卫星探测是当今空间飞行器观测与轨道估计的重要方式.针对空间飞行器轨道估计及卫星无源探测的误差分析等问题,在双星观测条件下,使用样条插值及拟合的方法对包含随机误差和系统误差的初始数据进行光滑处理,然后基于立体几何和逐点交汇的思想建立了运动方程参数模型,采用最小二乘法估计参数,得到了空间飞行器的估计轨道,并使用LMF法进行了系统误差分析.针对单星观测的情况,一方面,认为飞行器轨道上的点共面且均在过地心的平面内,另一方面,通过建立飞行器轨道模版数据库与观测相对比,了解识别是何种飞行器.添加了这些约束和先验信息后,可以得到大致的轨道估计.