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地球-火星的燃料最省小推力转移轨道的设计与优化

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宇航学报 2006年第6期27卷 1168-1173页

作者：尚海滨崔平远栾恩杰哈尔滨工业大学深空探测基础研究中心哈尔滨150080 国防科工委月球探测工程办公室北京100080

小推力转移轨道的设计与优化一直是深空探测轨道设计方面的难点。针对这些问题,提出了一种基于等高线图的初始发射机会搜索方法,该方法通过绘制探测器-火星距离的等高线图寻找满足任务约束的小推力转移轨道发射机会;同时,本文还给出了... 详细信息

小推力转移轨道的设计与优化一直是深空探测轨道设计方面的难点。针对这些问题,提出了一种基于等高线图的初始发射机会搜索方法,该方法通过绘制探测器-火星距离的等高线图寻找满足任务约束的小推力转移轨道发射机会;同时,本文还给出了一种小推力轨道的直接优化算法,该算法通过将连续的控制变量参数化,把轨道优化问题转化为参数优化问题,然后基于所提搜索方法,采用逐次二次规划方法进行求解。数值计算验证了该发射机会初值猜测方法和优化算法的有效性。

关键词：小推力转移轨道发射机会距离等高线图直接优化算法逐次二次规划

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星际小推力转移任务发射机会的快速搜索方法

宇航学报 2008年第1期29卷 40-45页

作者：崔平远尚海滨栾恩杰哈尔滨工业大学深空探测基础研究中心哈尔滨150080 国防科工委月球探测工程中心北京100080

结合小推力与借力飞行技术可为星际探测任务提供更多行之有效的转移方案。现针对此类探测任务的发射机会搜索问题,基于Shape-Based理论,提出了一种新的快速搜索算法。该算法通过引入目标星体的状态约束,建立起初始飞行角与转移时间之间... 详细信息

结合小推力与借力飞行技术可为星际探测任务提供更多行之有效的转移方案。现针对此类探测任务的发射机会搜索问题,基于Shape-Based理论,提出了一种新的快速搜索算法。该算法通过引入目标星体的状态约束,建立起初始飞行角与转移时间之间单调映射关系,从而实现了可行性轨道的快速解算;然后,综合考虑任务及轨道动力学约束条件,给出了搜索参数的合理搜索域。与传统搜索算法相比,该算法有效降低了搜索维数,减少了搜索空间,提高了计算效率。最后,以近地小行星1627Ivar为例,搜索了其在2010~2016年采用火星借力进行探测的发射机会,验证了本文方法的有效性。

关键词：小推力借力飞行发射机会搜索 Shape-Based理论快速搜索

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基于改进配点法的星际小推力轨道设计与优化

哈尔滨工业大学学报 2007年第12期39卷 1904-1907页

作者：尚海滨崔祜涛崔平远栾恩杰哈尔滨工业大学深空探测基础研究中心哈尔滨150080 国防科工委月球探测工程中心北京150080

星际小推力转移轨道的设计与优化是深空探测研究中的关键技术之一.传统的标准配点法是求解问题非常有效的方法,但计算精度较低.针对双积分轨道动力学模型给出了改进配点算法,在不增加非线性规划问题约束的条件下,采用四阶Gauss-Labatto... 详细信息

星际小推力转移轨道的设计与优化是深空探测研究中的关键技术之一.传统的标准配点法是求解问题非常有效的方法,但计算精度较低.针对双积分轨道动力学模型给出了改进配点算法,在不增加非线性规划问题约束的条件下,采用四阶Gauss-Labatto积分式处理系统微分方程,提高了配点法的计算精度.然后以地球-金星的燃料最省小推力转移轨道为例,分别采用标准配点法和改进配点法对其进行了优化设计,并分析比较了优化结果.数值计算结果验证了改进配点法的有效性.

关键词：小推力转移轨道最优控制问题配点法非线性规划

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星际小推力转移轨道快速设计方法

航空学报 2007年第6期28卷 1281-1286页

作者：尚海滨崔平远栾恩杰哈尔滨工业大学深空探测基础研究中心黑龙江哈尔滨150080 国防科工委月球探测工程中心北京100080

针对星际探测任务中燃料最省小推力转移轨道问题,提出一种基于标称轨道的快速设计方法。首先以具有相同端点时刻的无摄动标称轨道为参考,对传统的非线性轨道优化模型进行合理变换,将复杂的优化问题简化为可解的两点边值问题;然后基于标... 详细信息

针对星际探测任务中燃料最省小推力转移轨道问题,提出一种基于标称轨道的快速设计方法。首先以具有相同端点时刻的无摄动标称轨道为参考,对传统的非线性轨道优化模型进行合理变换,将复杂的优化问题简化为可解的两点边值问题;然后基于标称轨道3个独立积分推导出解析的状态转移矩阵,并以此为基础导出了两点边值问题的最优解析解。该方法无需数值迭代,有效地克服了数值优化方法收敛性差、计算效率低的缺点。最后,以探测火星的小推力转移轨道为例对该方法进行了验证,与精确的数值结果相比,该方法计算的燃料消耗误差小于1%。

关键词：小推力最优解析解标称轨道燃料最省两点边值

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向知识分子的楷模马祖光学习

求是 2004年第20期 49-50页

作者：张云川国防科工委

马祖光院士生前是著名的国防科技专家，是全国“五一”劳动奖章获得者，全国优秀教育工作者。他在哈尔滨工业大学创办了核物理专业，创立了国家首批激光专业，创建了国家重点学科、国家重点实验室，在重点学科建设和学术研究等方面，取... 详细信息

马祖光院士生前是著名的国防科技专家，是全国“五一”劳动奖章获得者，全国优秀教育工作者。他在哈尔滨工业大学创办了核物理专业，创立了国家首批激光专业，创建了国家重点学科、国家重点实验室，在重点学科建设和学术研究等方面，取得了突出成就。他根据国家需要，瞄准世界科技前沿，在国防光电子应用等专业学科领域进行了探索性研究，做出了开创性的贡献，取得了一大批高水平的成果，为国防科技和教育事业呕心沥血、毕生奉献，直至生命的最后一刻。

关键词：知识分子马祖光国防科技专家中国共产党党员奉献精神工作作风

高精度潮汐三维感应电磁场模拟及地磁卫星轨道需求分析

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中国科学：地球科学 2024年第1期54卷 172-185页

作者：任政勇杨聪姚鸿波唐旭汤井田张可可中南大学有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室长沙410083 有色资源与地质灾害探查湖南省重点实验室长沙410083 中南大学地球科学与信息物理学院长沙410083 澳门科技大学月球与行星科学国家重点实验室中国澳门999078

地磁台站和地磁卫星能观测到饱含钠、氯离子运动海水切割地球主磁场产生的感应磁场数据.计算潮汐感应电磁场的三维高精度空间分布是从潮汐电磁数据中获得海洋底部电导率结构的关键,更是设计与优化地磁台站、电磁卫星轨道的重要依据.现... 详细信息

地磁台站和地磁卫星能观测到饱含钠、氯离子运动海水切割地球主磁场产生的感应磁场数据.计算潮汐感应电磁场的三维高精度空间分布是从潮汐电磁数据中获得海洋底部电导率结构的关键,更是设计与优化地磁台站、电磁卫星轨道的重要依据.现有的潮汐(或运动海水)感应电磁场正演计算方法普遍存在难以精确模拟真实海岸线、不均匀陆地与海水表层、复杂地球深部结构影响的问题,从而降低潮汐感应电磁数据的解释水平.为解决此问题,本文开发了一种基于四面体单元的潮汐感应电磁场矢量有限元计算方法,具备精确模拟真实海岸线、不均匀陆地与海水表层、复杂地球深部结构影响的能力.首先,推导了运动海水感应电磁场满足的边值问题,结合四面体单元,利用矢量有限元计算方法求解了运动海水感应电磁场.然后,利用最新的海洋深度与海底沉积层模型,建立了包含真实海岸线、不均匀陆地与海水电导率分布的地球三维电导率模型,以M2潮汐激励源为例计算潮汐感应电磁场,通过与球谐有限元和积分方程结果的对比,来验证本文方法的正确性.最后,利用计算的高精度M2、N2和O1潮汐感应电磁场信号,筛选出能观测到强M2、N2和O1潮汐磁场信号的全球标准地磁台站,并预测了适用于潮汐信号观测的台站分布.另外,还计算了澳科一号及后续卫星450与200km轨道高度的潮汐感应磁场分布特性,计算结果表明:200km高度潮汐磁场幅度约为450km高度的2倍,M2、N2和O1潮汐在200km高度的感应磁场最大幅值分别为磁传感载荷测量精度(0.5nT)的8倍、2倍和3倍,近地200km低轨道具有探测新西兰、冰岛南部、印度洋南部、南极洲罗斯海域和鄂霍茨克海海底岩石圈和软流圈高分辨电性结构的巨大潜力,还具有研究大尺度海洋动力学过程与性质的潜力.

关键词：运动海水感应电磁场潮汐地磁卫星澳科一号