小推力深空探测轨道全局优化设计

《小推力深空探测轨道全局优化设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第31卷第7期2010年7月航空学报ACTAAERONAUTICAETASTRONAUTICASINICAV01．31No．7July2010文章编号：1000-6893(2010)06—1366—07小推力深空探测轨道全局优化设计黄国强，南英，陆宇平(南京航空航天大学航天学院，江苏南京210016)GlobalTrajectoryOptimizationinSpaceExplorationbyLow—thrustHuangGuoqiang，NanYing，LuYuping(CollegeofAstr

2、onautics，NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016，China)摘要：针对小推力深空探测四维轨道优化设计，给出了一种组合优化算法，采用该算法基于二体模型进行了深空探测四维轨道全局优化。该组合优化算法由动态规划算法、静态参数优化算法与共轭梯度算法组成。动态规划算法和静态参数优化算法用以选择最优的发射窗IZl、返回窗IZl及相应的近似飞行轨道；基于该近似轨道方案，采用共轭梯度算法(解决两点边值问题)求解精确的最优轨道。通

3、过大量的数值仿真计算，得到了航天器的全局最优飞行轨道，及相应的最优发射窗口与返回窗口。数值仿真结果表明，该组合优化算法对深空探测轨道优化具有良好的通用性和工程运用价值。关键词：飞行轨迹；全局优化；组合优化算法；小推力；时间窗口；仿真中图分类号：V412．4文献标识码：AAbstract：The4Dflighttrajectoryofaspaceprobeisgloballyoptimizedbyacombinatorialalgorithmoftrajec-toryoptimizationbasedo

4、natwo-bodymodeloflow-thrustspaceexploration．Thecombinatorialoptimizationmethodconsistsofdynamicprogramming，staticparameteroptimizationandconjugategradientalgorithmsbasedonoptimalcontroltheory．Dynamicprogrammingandstaticparameteroptimizationalgorithmsare

5、em-ployedtOgloballyoptimizethelaunchandreturntimewindows，andobtainapproximatesolutionsofoptimaltrajectories，whiletheconjugategradientalgorithm(solvingtwo-pointboundaryvalueproblems)isusedtOop—timizetheexact4Dflighttrajectorybasedontheapproximatesolution

6、sobtained．Thelaunchandreturntimewindowsaswellasthe4DflighttrajectoriesbetweentheEarthandtheasteroidaregloballyoptimizedbasedonagreatdealofnumericaloptimizationsimulations．Thenumericalsimulationresultsshowthatthecombinatori—aloptimizationalgorithmisagene

7、ralmethodfor4Dglobalflighttrajectoryoptimization．Thisalgorithmmaybewidelyusedinengineeringproblemsonglobaloptimizationofdynamicandstaticparameters．Keywords：flighttrajectories；globaloptimization；combinatorialoptimizationalgorithm；low-thrust；timewindow；si

8、mulation由于深空探测轨道的时间尺度很大、优化方法多样且可选的方案组合广泛，存在很多可行解，因此寻找其最优方案一直是深空探测轨道设计的核心问题之一。例如：第二届全局轨道优化竞赛中的问题(GTOC2)[1]。类似这种情况，对特定的飞行任务，优化方法需要有两个功能：①能够选择一个最优的窗口；②能够利用初始控制变量(猜测的)来求得更为精确的飞行轨道[2]。对于给定的猜测初始控制变量，同时满足运动方程的约束和终端条件的情况，一些优化方法是非常易于收敛的，如