木星系及行星际飞越探测的多次借力飞行轨道设计研究

根据我国木星系及行星际穿越探测任务规划,瞄准工程方案可行,对使用多次借力的地木转移轨道及行星飞越飞行轨道进行了深入研究分析。首先,对星际飞越目标进行了探讨,明确了满足任务约束的星际飞越目标;其次,对行星际飞行序列进行了优选,从探测器发射日期、发射双曲剩余速度的平方(C3)、深空机动、木星到达C3和总的任务时间角度,对比分析了多个星际飞行序列,给出了最优序列设计结果;最后,基于工程约束,对探测器的连续发射机会进行了优化设计,给出了探测器连续8天、11天和16天发射所需的发射C3和深空机动大小需求。研究结果表明:在2029—2032年期间,木星系及行星际穿越探测任务最优的深空飞行序列为地球-金星-地球-地球-木星-天王星,最优的发射日期集中在2029年10月份。

多次行星借力的小推力飞行控制策略研究

针对小推力深空探测器采用多次行星借力的飞行控制策略优化问题,文章提出了一种将推进段作为整体与滑行段进行打靶拼接的方法,最大限度地减少了优化设计时的待优化参数个数.首先,文章给出了小推力飞行轨道的间接优化设计模型和基于B平面理论的行星借力模型.随后,建立了给定开关机时序条件下的小推力借力飞行控制策略优化模型;最后,采用遗传算法和序列二次规划算法循环对该模型进行优化求解,并以地球–金星–地球–木星小推力飞行轨道控制策略优化设计为例进行仿真分析,仿真结果验证了优化模型的正确性和有效性,表明本文的研究方法可对小推力多次行星借力飞行的控制策略进行优化设计.

太阳系边际探测飞行任务规划

针对太阳系边际探测任务,开展了星际多目标飞越的任务规划,采用小推力混合优化设计方法完成了基于借力飞行及电推进技术的行星际转移轨道联合优化设计,对比研究了面向日球层鼻尖和尾部探测的星际多目标探测飞行方案。研究表明,探测器在2024-2025年发射,可飞抵日球层鼻尖区域,在2027-2030年发射可飞抵日球层尾部区域,并可在2049年1月1日前飞离日心100 AU,实现太阳系边际空间的科学探测。其中日球层鼻尖探测任务探测器飞抵100 AU的位置位于鼻尖中心区域,可与旅行者1号、2号探测器形成有效互补。文章所用任务规划方法,可为太阳系边际探测的自主任务规划技术提供基础,相关研究成果能够为未来中国首次太阳系边际探测任务的实施提供有价值的参考。