星际探测多脉冲转移发射机会搜索方法研究

针对星际转移发射机会搜索问题,结合等高线图法和主矢量原理,提出了一种多脉冲转移发射机会搜索方法.该方法首先通过绘制等高线图猜测出两脉冲转移的发射机会,然后基于主矢量原理,结合最优脉冲转移的必要条件和主矢量的变化历程,寻找潜在的最优三脉冲或多脉冲转移机会.以小天体探测为例的研究结果表明:与传统的两脉冲转移发射机会搜索方法相比,该方法引入主矢量,通过增加中间脉冲可以获得更多的潜在最优发射机会.

基于粒子群算法的多脉冲转移轨迹优化

通过引入Lambert算法处理终端约束条件,建立基于可行解迭代的多脉冲转移轨迹优化模型,采用粒子群算法优化最省燃料转移轨道,并对分别采用变轨点真近点角和变轨时刻作为设计变量的优化结果进行了对比分析.对相同的两脉冲、三脉冲轨道转移问题,优化结果验证了提出的优化模型和优化算法的正确高效性.仿真表明,使用变轨点真近点角为设计变量时优化效率和结果更好.

一种离散轨道数据约束下的地月三体轨道脉冲转移算法

针对地月圆型限制性三体模型下的多脉冲轨道转移问题,基于离散轨道数据提出了一种分层重构建模方法和双层优化求解算法。通过将最小脉冲问题分层重构,建模为双层优化问题,并给出双层优化求解算法实现了转移轨道设计:上层优化问题考虑了离散轨道数据约束,算法采用智能算法使其具有普适性和计算效率;下层优化问题则在始末状态约束、时间约束、脉冲约束和脉冲点约束等多种约束下仅优化脉冲序列,避免了对初始值的敏感性,算法通过序列二次规划方法可得到局部最优解。通过多种场景下的仿真验证,可得所提出的双层优化建模框架和求解算法适用于不同类型的轨道转移,实现了多脉冲的能量最优转移,通过对比仿真对于地月三体系统下特殊轨道之间的转移轨道设计具有重要意义。

多脉冲异面交会对接转移轨道的优化

针对三维空间交会对接中的异面非圆轨道转移规划问题,提出了一种基于粒子群算法(PSO)的多脉冲异面交会对接能量最优的转移轨道优化算法。该算法以二体动力学方程及脉冲变轨理论构造空间多脉冲异面交会对接优化模型;通过引入Lambert算法处理终端约束条件,减少未知变量的个数从而简化问题。然后,将追踪飞行器变轨过程中脉冲的作用时刻、方向、大小设计成待优化变量,以交会对接过程中消耗能量、终端约束条件等为目标函数,基于PSO优化了最省燃料转移轨道。在MATLAB中对四脉冲交会对接问题进行了仿真测试,并与相同初始条件下,采用Lambert算法的双脉冲交会对接仿真结果进行了对比。结果显示:在本文所给算例条件下,采用PSO优化的四脉冲交会对接过程所需速度增量为4.4243km/s,而采用Lambert算法的双脉冲对接过程所需速度增量为11.2691km/s,前者节省了60%的能量。数据表明,设计方案有效节省了燃料消耗,从而证明了设计方法的有效性。

高轨卫星远程抵近轨道优化研究

针对高轨远程转移抵近的机动策略优化问题,使用Pork-chop速度增量等高线图对时间约束内单脉冲Lambert转移进行分析。而后建立多脉冲转移抵近的数学模型,以燃料最省为优化目标,使用差分进化算法(DE)搜寻全局最优解。通过仿真验证在不同脉冲次数、不同时间约束情形下的轨道抵近计算,得出三脉冲转移抵近相对较优的结论。