采用有限推力的火星捕获制动策略

针对火星探测的捕获制动问题,建立了描述推力沿速度反方向、推力方向固定和推力匀速转动3种制动策略的有限推力模型。以消耗的燃料质量和入轨近火点的高度误差为双目标,利用多目标粒子群算法优化控制参数,得到多目标问题的Pareto非劣解集和Pareto前沿。仿真校验时采用均匀设计法初始化种群,发现推力沿速度反方向时捕获效率最高;方向固定时近火点高度误差小;推力匀速转动会抬升近火点高度,但推力方向与速度反方向夹角小,燃料消耗较少。推力方向匀速转动的策略可以作为优先选用的策略,当出现故障需紧急制动时可启用推力沿速度反方向策略,控制探测器先被火星捕获。仿真表明双目标优化可比燃料最优的单目标提供更全面的决策信息,有助于确定设计方案。

火星探测捕获的误差传播分析

火星探测捕获的误差传播是设计任务方案时需考虑的重要问题。针对3种不同的捕获策略:推力沿速度反方向、推力方向固定和匀速转动,基于协方差分析描述函数技术(covariance analysis describing equation technique,CADET)法建立了轨道状态均值和均方差的传播方程,误差源包括初始状态误差、模型误差、执行误差等。仿真整个捕获过程,利用CADET方法分析单一误差和综合误差对每种捕获策略入轨精度的影响,以蒙特卡罗法为基准评估其准确性。结果表明,CADET法能够高精度地计算不同的误差传播,且速度快,具有一定的工程实用性,可为我国未来火星探测任务的轨道捕获段实施方案提供参考。