基于合作进化算法的月面返回再入轨迹优化设计

在考虑热流、过载、动压以及开伞点参数等多种约束条件下,针对低升阻比返回舱月面返回再入轨迹优化设计问题,基于分段线性倾侧角参数化策略,提出了采用合作进化算法进行参数优化的策略来实现再入轨迹的快速高精度优化设计.首先采用以能量为自变量的分段线性倾侧角控制参数化策略,将连续最优控制问题转化为有限维参数寻优问题,然后基于逃逸粒子群算法和自适应差分进化算法的合作进化算法求解该问题.数值仿真验证了倾侧角参数化策略的正确性,对比试验分析表明合作进化算法较传统进化算法有更快的收敛速度和更高的优化精度的综合性能,更加适合月面返回再入轨迹优化设计问题的求解.

月面无人自主采样返回任务动力下降点确定及验证

动力下降点确定是实施月面软着陆的重要环节,是多系统间复杂迭代的过程,涉及轨道设计、制导律设计、着陆目标的采样区确定、着陆及起飞安全分析。其设计结果直接影响了最终着陆点的位置和着陆过程的着陆安全,也间接影响采样安全和采样工程目标的实现结果。针对嫦娥五号在实施月面软着陆前确定动力下降点的任务需求,提出了通过多次轨道控制与最优标称制导轨迹搜索联合控制策略的动力下降点确定方法。首先,根据月面无人自主采样返回任务设计总结了动力下降点确定原理和约束条件;然后,详细论述了月面无人自主采样返回任务软着陆过程动力下降点确定方法;最后,通过嫦娥五号在着陆前主要的几次轨控实施结果分析了其对动力下降点的影响,同时综合了着陆区地形分析及着陆、起飞安全性分析,对动力下降点进行确定并根据最终在轨飞行结果进行验证。验证结果表明,基于“逐次逼近寻优方法”的月面软着陆环节动力下降点的确定方法有效,可以为后续地外天体软着陆等任务提供参考和借鉴。

“嫦娥五号”任务总体方案权衡设计

针对月球采样返回任务要求,基于我国运载火箭研制进展、探月工程一期、二期技术基础,对探测器的总体方案、功能模块组成、发射方式、飞行过程等方面进行多方案多轮迭代权衡分析,并逐步优化,最终确定了“嫦娥五号”(Chang’E-5,CE-5)探测器模块组成、主要飞行过程。工程在轨结果充分证明了该方案符合我国探月工程发展规划和航天技术发展的预期,是先进可行的,设计过程采用的NAFVO(Need Available Feasible Viable Optimal)权衡设计方法可为复杂大型航天工程方案的设计提供有益的借鉴。