多任务小行星探测太阳能电推进轨道设计

近几年，世界各航天大国陆续实施了小行星探测计划。近地小行星也是我国下一步深空探测的重要目标。以此为背景，研究了多任务近地小行星探测的电推进轨道设计问题。首先基于双脉冲假设搜索节省能量的发射窗口。根据脉冲搜索结果设计电推进方式的小推力转移轨道，将中途多任务探测作为内点约束整体优化轨道，并考虑了太阳能电池阵功率对发动机推力工况的约束。在小推力燃料最优控制问题的间接法求解过程中，使用了平滑技术和开关函数检测等方法以克服间接法的缺陷，能够快速、高效地得到优化设计结果。最后给出了设计算例。

火星地外生物学研究用全太阳能电推进方案

在探测太阳系的极光计划框架内,欧空局合作设计研究组织已开始启动专用于地外生物研究的低成本火星计划的可行性研究。为了在2007年尽可能地把最大量的有效载荷送到火星表面,设计了供选用的主推进系统,建议采用一种全太阳能电推进方案,这是一种5个离子发动机横向连接的结构,用于达到所要求的飞越速度,插入火星邻近区域,盘旋或下降到最终1/4天同步轨道。用小型固体助推器推进着陆器轨道下降机动所需要的脉冲。文章主要考虑系统的综合性能,比较了适用的SEP(太阳能电推进)平台的优缺点,分析不同的点火方案,详细描述所选择的推进系统并讨论相关的欧洲技术的发展状况。

考虑功率约束的太阳能电推进轨道优化设计

电推进航天器通常由太阳能电池阵供电,因而实际深空探测任务中发动机的推力工况受到星日距离的限制。该文研究了功率约束下电推进航天器的轨道优化设计问题。首先推导太阳能电池阵功率对发动机最大推力的约束。采用间接法将电推进轨道的燃料最优控制问题转化为两点边值问题。求解过程中提出了适应太阳能电推进轨道优化的星日距离检测并应用了同伦迭代、开关函数检测等求解技术,能够准确、快速地得到满足太阳能电池阵功率约束的设计轨道。算例表明,该设计方法具有良好的可行性和工程实用价值。

基于太阳能电推进的小行星动力推离方案设想及处置策略

近地小行星对地球构成了潜在的撞击威胁,如何有效可控地实施防御方案成为近年来的热点问题.采用电推进的动力推离在轨处置方法能够以持续作用的方式改变小行星的轨道,使小行星的可控偏转成为可能.面向未来小行星防御偏转需求,本文提出了一种以太阳能电推进为基础的分布式小行星动力推离处置方案设想.通过能源与推进系统的分布式部署,实现能源供应与偏转变轨的综合效能优化.在此方案基础上,针对不同自转特性的小行星,提出了三种附着部署与偏转处置策略,对比分析了电推开机阈值角度、推力矢量调节等参数对偏转效果的影响.研究发现,基于太阳能电推进的动力推离处置策略能够使百米级尺寸的近地小行星产生偏转,该研究可为近地小行星防御提供方案参考.

基于混合推进的地球同步悬浮轨道设计

为了满足特定任务对悬浮轨道航天器长期运行的需求,文章研究了基于太阳能电推进(SEP)和太阳帆混合动力的地球同步悬浮轨道的推进技术。首先推导了混合推进下太阳帆姿态角与SEP系统加速度之间的关系式;然后对其一阶最优性条件求解单变量极值问题,得到太阳帆姿态角的控制律以及SEP系统的加速度的极小值;最后进行了算例仿真。仿真结果显示,相对于仅采用太阳能电推进的航天器,采用混合推进策略运行一年,可以节省约57%的燃料。所设计的混合推进策略达到了节省燃料、提高航天器在轨寿命的目的,可以很好地实现现阶段地球同步悬浮轨道的要求。

太阳轨道器非同寻常的“护身符”

太阳轨道器运行的位置,是整个太阳系里环境最恶劣的地方之一。虽然最后确定的轨道比最初设计要离太阳远一点,但在最近的地方,太阳轨道器距离太阳也只有4200万公里。这个数字看上去挺大的,但只有地球到太阳距离的1/4。想想夏日正午的阳光是什么样的?而且地球外面还有厚厚的大气层。实际上,这个距离比金星到太阳还近。这颗太阳系最内侧的行星。