检索结果-南通市图书馆

系统工程与电子技术 2024年第10期46卷 3519-3527页

作者：乔琛远杨乐平国防科技大学空天科学学院湖南长沙410073

针对地月空间平动点周期轨道与近地轨道之间的低能转移问题,提出一种地月L1(Earth-Moon L1,EML1)点Halo轨道到地球静止轨道(geostationary Earth orbit,GEO)的四脉冲低能转移轨道的设计方法。所提方法在扰动流形和Lambert弧段拼接的三... 详细信息

针对地月空间平动点周期轨道与近地轨道之间的低能转移问题,提出一种地月L1(Earth-Moon L1,EML1)点Halo轨道到地球静止轨道(geostationary Earth orbit,GEO)的四脉冲低能转移轨道的设计方法。所提方法在扰动流形和Lambert弧段拼接的三脉冲转移轨道设计基础上,从分析轨道雅可比常数变化与速度增量关系的角度出发设计四脉冲低能转移轨道。数值仿真结果表明,四脉冲优化模型比三脉冲模型效率更高,可以得到更优的转移方案,有效解决了优化过程中由于搜索空间大、极值数量多而导致的优化结果不佳的问题。所提设计方法可以用于EML1其他周期轨道族与各类近地轨道的相互转移问题研究。

关键词：地月空间平动点周期轨道不变流形低能转移轨道

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GTO-IGSO/PLO低能转移轨道全局设计与计算

GTO-IGSO/PLO低能转移轨道全局设计与计算

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2021年第五届全国集群智能与协同控制大会

作者：彭超中国科学院太空应用重点实验室中国科学院空间应用工程与技术中心

本文在日地月双圆拼接限制性四体模型(假定日、地、月均处于同一平面)下研究航天器从任意GTO(Geo-Stationary Transfer Orbit,地球同步转移轨道)出发,低能进入IGSO(Inclined Geo-Synchronous Orbit,倾斜地球同步轨道)和PLO(Polar Lunar ... 详细信息

本文在日地月双圆拼接限制性四体模型(假定日、地、月均处于同一平面)下研究航天器从任意GTO(Geo-Stationary Transfer Orbit,地球同步转移轨道)出发,低能进入IGSO(Inclined Geo-Synchronous Orbit,倾斜地球同步轨道)和PLO(Polar Lunar Orbit,月球极轨)的脉冲机动转移轨道设计问题。重点研究了利用带脉冲的月球引力辅助(PLF,powered lunar flyby)和太阳引力影响下的弱稳定边界(WSB,weak-stability boundary)弹道转移实现低能转移轨道的全局设计问题,包括设计思路和计算方法,力求在特定的CPU并行计算资源条件下寻找更多数量的低能转移轨道解,获得数百万的转移时间TOF(times of fight)不超过100天的可行解。通过对可行解的分析获得飞行轨道的关键信息,比如ΔV-TOF(燃料消耗-飞行时间)对应关系、目标IGSO/PLO的倾角范围及倾角所对应的燃料消耗和利用日、月引力辅助的飞行模式。发现在WSB弹道转移的辅助下,航天器能够到达大倾角的IGSO,比如逆行地球同步轨道(180°倾角),而PLF则可将航天器低能量转移到不同倾角的PLO上。

关键词：低能转移轨道日地月限制性四体问题月球引力辅助 WSB弹道转移 GTO IGSO PLO

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地月低能转移轨道中途修正的设计与分析

地月低能转移轨道中途修正的设计与分析

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全国第十二届空间及运动体控制技术学术会议

作者：何巍徐世杰北京航空航天大学宇航学院

与传统的地-月转移轨道相比,地月低能转移轨道能够节省150m/s以上的速度脉冲。采用这种类型转移轨道的探测器从地球停泊轨道转移到月球轨道一般需要3-4个月时间,并且对转移轨道的精度有较高的要求。在工程实际问题中,探测器在转移轨道... 详细信息

与传统的地-月转移轨道相比,地月低能转移轨道能够节省150m/s以上的速度脉冲。采用这种类型转移轨道的探测器从地球停泊轨道转移到月球轨道一般需要3-4个月时间,并且对转移轨道的精度有较高的要求。在工程实际问题中,探测器在转移轨道期间的中途修正是非常重要的问题。由于地-月低能转移轨道转移时间长、对初始条件比较敏感,通常的地-月转移轨道采用的两次修正方案已经不再适合,本文结合地月低能转移轨道的特点提出采用分段多次多目标的中途修正方案。分别以地球和月球作为中心天体求解兰伯特变轨问题,利用显示制导的方法在假设探测器的各种轨道误差的基础上进行了数值仿真,其中入轨速度误差为10m/s,每次修正后速度误差余量为1%。仿真结果显示出,通过五次中途修正后,飞行器能够进入预定月球轨道,并满足精度要求。五次中途修正所需总的速度脉冲92m/s,相对于低能转移轨道节省的能量来说是可以接受的。

关键词：中途修正显式制导低能转移轨道月球探测

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小行星探测轨道设计与优化技术研究

小行星探测轨道设计与优化技术研究

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作者：王宇凯南京航空航天大学

学位级别：硕士

随着我国深空探测持续向前推进,开展对具有独特科学价值的小行星的探测已经成为深空探测技术发展的必然趋势。双小行星系统是众多小行星类群中的一种特殊形式,大约有16%的近地小行星和主带小行星属于双小行星系统,该类小行星是我国未来... 详细信息

随着我国深空探测持续向前推进,开展对具有独特科学价值的小行星的探测已经成为深空探测技术发展的必然趋势。双小行星系统是众多小行星类群中的一种特殊形式,大约有16%的近地小行星和主带小行星属于双小行星系统,该类小行星是我国未来小行星采样返回任务的首选目标。本文以小行星探测和防御任务为潜在的工程背景,对小行星探测任务转移轨道设计与优化、弱引力双小行星系统引力场建模和双小行星系统附近轨道动力学特性等进行研究分析。首先,基于指数正弦曲线形状法并利用遗传算法对小推力小行星转移轨道进行了初始设计,继而采用Radau伪谱法和序列二次规划算法对小推力转移轨道进行了优化。采用指数正弦曲线法进行小推力转移轨道初始设计的关键是求解飞行时间约束方程,本文改进提出了一种计算效率好且计算精度高的指数拟合法。然后,采用复杂度和精度依次递增的球体-球体模型、椭球体-球体模型和改进的限制性椭球体-椭球体模型对双小行星系统的引力场进行建模,并对不同引力场模型下的双小行星系统平动点位置坐标偏差和三角平动点的稳定区域变化规律进行了对比分析。针对引力势函数模型中椭圆积分难以计算这一问题,采用了计算效率高、无积分环节的二阶二次球谐函数模型来进行引力势计算,并比较验证了其计算效率和准确性。最后,本文采用构造流函数方法来计算分析不同模型下的双小行星系统共线平动点李雅普诺夫轨道及其不变流形。该方法不用求解近似解析解来作为计算初值,也不用求解状态转移矩阵,便于编程实现。在李雅普诺夫轨道及其不变流形的基础上,利用不变流形的渐进性和方向性,设计了不同模型下的双小行星系统捕获轨道和逃逸轨道;并且,进一步借助不变流形及其异宿连接,采用庞加莱截面法设计了双小行星系统不同模型下的不同共线平动点李雅普诺夫轨道之间的低能转移轨道。

关键词：小推力转移轨道双小行星系统引力场建模平动点李雅普诺夫轨道捕获和逃逸轨道低能转移轨道

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基于不变流形的日地L1任务轨道设计与控制

基于不变流形的日地L1任务轨道设计与控制

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作者：安诗宇哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着我国宣布建立近地小行星防御系统,开展针对小行星的观测已经成为深空探测的一项重要内容,而轨道的设计和控制工作是一项探测任务的基础。本文以日地点的小行星观测任务为潜在的工程背景,利用平动点轨道的相关理论,对任务的转移轨道... 详细信息

随着我国宣布建立近地小行星防御系统,开展针对小行星的观测已经成为深空探测的一项重要内容,而轨道的设计和控制工作是一项探测任务的基础。本文以日地点的小行星观测任务为潜在的工程背景,利用平动点轨道的相关理论,对任务的转移轨道优化设计和目标轨道保持控制策略进行研究和分析。在脉冲控制方式下的转移轨道设计中,针对多约束转移轨道设计易发散的问题,给出了一种基于初值拟合多项式的多级修正算法。首先以航迹角等于零为标准搜寻拼接点,然后以最小二乘微分修正算法为基础,以不变流形为初始猜测,设计出了符合高度约束的转移轨道,并且全面地研究了Halo轨道入轨点对转移轨道特性的影响。在此基础上设计了大量符合高度约束的转移轨道,由这些仿真数据拟合得出控制量关于约束变量的多元函数表达式。在考虑轨道高度、轨道倾角、升交点赤经等多个约束的前提下,利用表达式给出初值,结合多级修正算法设计出了符合约束的转移轨道,并且对不同约束下的转移轨道进行研究,仿真结果表明该算法在多约束转移轨道设计中具有良好的适用性。在连续小推力的转移轨道设计中,针对小推力和三体动力学的强非线性给问题求解带来的困难,提出了形状法结合伪谱法的两步设计方法。初始阶段,采用二体模型,针对流形入口点状态的搜寻问题,利用逆多项式形状法结合遗传算法对GEO轨道到不同流形入口处的小推力转移轨道进行了设计与分析,从而确定了最合适的流形入轨点。精确设计阶段,针对二体模型的不准确问题,采用圆型限制性三体模型。在形状法设计结果的基础上,利用Gauss伪谱法把转移轨道燃料最优控制问题转化为非线性规划问题,仿真结果表明精确设计阶段进一步节省了燃料。针对目标Halo轨道的保持控制,分别运用脉冲模式和小推力模式进行控制策略设计与仿真。在进行基于脉冲的轨道保持控制时,采用了Target模式,针对目标函数权值矩阵调节的问题,提出了基于遗传算法的寻优方法,节省了人工试错的精力且优化了控制结果。在进行基于小推力的轨道保持控制时,设计了反步滑模控制律,针对三体动力学和各项扰动的复杂性,给出了线性扩张状态观测器,即避免了复杂的动力学,也简化了控制参数的调节过程。对以上两种控制方式都进行了无误差仿真和考虑了随机误差的Monte-Carlo仿真,验证了其在平动点轨道保持控制中的有效性和鲁棒性。

关键词：不变流形低能转移轨道连续小推力轨道保持

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