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宇航学报 2015年第11期36卷 1242-1247页

作者：王雪峰方群孙冲西北工业大学航天学院西安710072 航天飞行动力学技术国家重点实验室西安710072

针对带推力约束的航天器三维空间机动轨道初始设计问题,提出了一种基于傅立叶级数展开的改进形状设计方法。首先,在柱坐标系下建立了航天器运动模型,并将基于傅立叶级数展开的形状方法推广到三维空间的机动轨道初始设计;然后,基于所得... 详细信息

针对带推力约束的航天器三维空间机动轨道初始设计问题,提出了一种基于傅立叶级数展开的改进形状设计方法。首先,在柱坐标系下建立了航天器运动模型,并将基于傅立叶级数展开的形状方法推广到三维空间的机动轨道初始设计;然后,基于所得到的空间初始机动轨道,采用直接配点法进行了完整三维空间机动轨道的优化设计。仿真结果表明,提出的方法可以为带有任务约束的航天器三维空间机动轨道的优化设计提供更优的初始参数及其解析解,为空间机动轨道设计提供了新的方法。

关键词：有限连续推力空间机动轨道设计形状方法傅立叶级数

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混合推力作用下基于傅里叶级数展开的轨道设计方法

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西北工业大学学报 2017年第5期35卷 761-766页

作者：方群王雪峰孙冲西北工业大学航天学院陕西西安710072 航天飞行动力学技术国家重点实验室陕西西安710072

针对航天器机动轨道设计问题,引入太阳帆/电推进混合推力模式(太阳帆产生径向推力,用于改变引力场的引力大小;而与此同时电推进产生切向推力),研究了混合推力作用下的基于傅里叶级数展开的轨道设计方法。首先,根据太阳帆/电推进混合推... 详细信息

针对航天器机动轨道设计问题,引入太阳帆/电推进混合推力模式(太阳帆产生径向推力,用于改变引力场的引力大小;而与此同时电推进产生切向推力),研究了混合推力作用下的基于傅里叶级数展开的轨道设计方法。首先,根据太阳帆/电推进混合推力模型,建立航天器在极坐标系下的运动模型;然后,依据傅里叶级数展开式,将轨道设计问题转化为关于傅里叶系数的非线性规划问题。另外,文中改进原有的形状轨道设计方法,研究了航天器轨道转移的时间最优问题。最后,在考虑航天器任务约束的情况下,基于该方法设计了混合推力作用下的"地球-火星"转移轨道。仿真分析了太阳光压对形状轨道设计方法产生的影响,验证了应用混合推力设计形状轨道的可行性,并且在一定范围内可以得到燃料消耗更优的航天器连续推力转移轨道,为轨道优化提供了参考依据。

关键词：连续推力混合推力轨道设计傅里叶级数形状方法

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基于傅立叶级数展开的航天器连续推力机动轨道设计

基于傅立叶级数展开的航天器连续推力机动轨道设计

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作者：王雪峰西北工业大学

学位级别：硕士

未来的空间活动要求航天器具备快速、自主、精确的轨道机动能力。近年来,因为研究连续推力轨道机动技术具有重要的工程和理论意义,其已成为国内外学者研究的热点。基于形状的航天器连续推力轨道设计方法(形状方法)作为连续推力轨道设计... 详细信息

未来的空间活动要求航天器具备快速、自主、精确的轨道机动能力。近年来,因为研究连续推力轨道机动技术具有重要的工程和理论意义,其已成为国内外学者研究的热点。基于形状的航天器连续推力轨道设计方法(形状方法)作为连续推力轨道设计的重要组成部分,具有重要的实用价值与理论意义。本文将针对航天器连续推力轨道的初始设计问题,研究基于傅立叶级数展开的航天器连续推力轨道形状设计方法,为航天器机动轨道设计提供新的思路和方法。具体内容包括以下几点:(1)详细分析了国内外形状方法的研究现状,针对当前现有的形状方法存在的问题进行了深入的论述,指出了形状方法研究的意义。(2)建立了极坐标系下的航天器二维平面运动模型。基于平面运动模型,针对航天器不受推力大小约束情况,结合最优控制理论的相关内容,研究了基于傅立叶级数法展开的航天器机动轨道设计方法(傅立叶级数法)。与此同时,拓展了傅立叶级数法,使之可以应用于飞行时间自由的情况。(3)基于平面运动模型,考虑太阳帆/电推进结合的混合推力模式,扩展了傅立叶级数法的应用,并分析混合推力对形状轨道特性的影响。(4)建立了柱坐标系下的航天器三维空间运动模型。基于空间运动模型,针对航天器受推力大小约束的情况,研究了基于傅立叶级数展开的航天器三维空间机动轨道设计方法。

关键词：连续推力轨道机动形状方法傅立叶级数

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基于Bezier曲线的连续推力机动轨道设计

基于Bezier曲线的连续推力机动轨道设计

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作者：潘晓东哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着深空探测技术的发展,人们希望航天器的探测距离更远、探测任务更为复杂,具有小推力、高比冲的连续小推力推进航天器成为目前研究的热门。基于形状方法的初始轨道设计作为轨道优化的基础,其对轨道的初始估计的优劣对后续的轨道优化... 详细信息

随着深空探测技术的发展,人们希望航天器的探测距离更远、探测任务更为复杂,具有小推力、高比冲的连续小推力推进航天器成为目前研究的热门。基于形状方法的初始轨道设计作为轨道优化的基础,其对轨道的初始估计的优劣对后续的轨道优化有很大的影响,采用合理准确的方法和策略对航天器转移轨道进行初始估计,是目前连续推力航天器轨道研究的热点之一。Bezier曲线具有形状控制简单、曲线无限连续的特点,本文将Bezier曲线应用到连续推力航天器轨道初始设计中,提出基于Bezier曲线的连续推力机动轨道设计方法,论文主要工作如下:首先,本文介绍了轨道研究中所需的时间系统和参考坐标系,并基于忽略摄动影响的理想二体模型,详细推导了二维极坐标系和三维柱坐标系下连续推力航天器的轨道动力学方程,是本文后续研究的理论基础。然后,本文将Bezier曲线应用到二维平面机动轨道中,将描述航天器运动的极轴和极角在Bezier曲线下展开,将求解轨道参数问题转化为求解Bezier曲线函数位置参量问题。针对时间最优和燃料最优优化指标,分别给出基于Bezier曲线的轨道设计过程。并与采用高斯伪谱法进行优化后得到的优化轨道比较,评估Bezier曲线在二维平面机动轨道设计中的能力。之后,针对目前研究应用广泛的太阳帆航天器和电推进航天器,分别研究二者基于Bezier曲线的机动轨道设计问题。Bezier曲线法得到的初始设计结果与优化结果比较,评估Bezier曲线在复杂推力模型下的轨道设计性能。最后,本文将Bezier曲线应用到三维机动轨道设计中,以大轨道倾角的“地球—小行星3671”的转移轨道为例,研究Bezier曲线在三维轨道设计中的性能。在基于Bezier曲线的初始轨道设计结果基础上,采用高斯伪谱法得到优化轨道,对初始设计结果进行评估。结果表明,基于Bezier曲线的连续推力机动轨道设计方法能够实现二维平面和三维空间的机动轨道设计,对复杂推力模型的电推进、太阳帆也能够实现合理的轨道设计。通过与优化轨道比较分析,可以认为Bezier曲线法能够在很短的时间得到准确有效的结果。

关键词：连续推力轨道机动形状方法 Bezier曲线

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