基于自适应遗传的载人探火任务规划方法

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1、2013年第6期导弹与航天运载技术No.62013总第329期MISSILESANDSPACEVEHICLESSumNo.329文章编号：1004-7182(2013)06-0001-05DOI：10.7654/j.issn.1004-7182.20130601基于自适应遗传的载人探火任务规划方法112王建明，马英，刘竹生（1.北京宇航系统工程研究所，北京，100076；2.中国运载火箭技术研究院，北京，100076）摘要：建立载人火星探测任务规划的数学模型，确定边界条件、过程约束及指标函数，然后通过自适应遗传算法求解非线性规划问题进行载人探火任务分析与设计。仿真表明，对规模为100

2、，变异率0.05的初始种群，基于归一化的优先选择策略仅需10~20代进化就可以给出较理想的载人探火方案。通过对比，该载人登火方案总速度脉冲需求明显小于MarsDRA5.0的乘员转移方案。关键词：载人探火；任务规划；自适应遗传算法+中图分类号：V412.41文献标识码：AMissionSchedulingofMannedMarsExplorationBasedonAdaptiveGeneticAlgorithm112WangJianming,MaYing,LiuZhusheng(1.BeijingInstituteofSpaceSystemEngineering,Beijing,100

3、076;2.ChinaAcademyofLaunchVehicleTechnology,Beijing,100076)Abstract:AmathematicmodelofmannedMarsexplorationschedulingwasbuilt.Theboundaryconditions,constraintsandindexfunctionaredetermined.ThemannedMarsexplorationmissionwasanalyzedbysolvingnonlinearprogrammingproblemwithadaptivegeneticalgorithm

4、(AGA).SimulationshowedthatanidealschemecanbefoundoutbytheselectingoptimizationstrategyfortheAGApopulationwithascaleof100andamutationrateof0.05.ThetotalvelocityimpulserequiredbythepresentedschemewasevidentlylowerthanthatofMarsDRA5.0.KeyWords:MannedMarsexploration;Missionplanning;Adaptivegenetica

5、lgorithm0引言任务规划属于载人火星探测工程顶层设计的范[3]美国、俄罗斯、欧空局等都将载人登火视为中长畴，目前还缺乏成熟设计工具。Cage和Braun认识到期航天发展目标之一，有计划、有步骤地持续推动相Pork-Chop方法的局限性，将遗传算法引入星际飞行轨[4]关研究。道设计。Spencer用遗传算法求解两脉冲兰伯特转移NASA于2010年提出了阿瑞斯5+核动力上面级问题，为直接星际转移和借力飞行轨道设计奠定了基[1]的中长期火星驻留方案。该方案使用7枚阿瑞斯5础。目前，遗传算法已经发展成为探月、星际飞行、及1枚阿瑞斯1火箭，地球出发规模约900t，理论上多天体借力轨道设计

6、的基本工具之一。[5]可将6人乘员组送入火星轨道，火星驻留539天。能乔栋、崔祜涛等用遗传算法从事近地小天体探测源公司提出质子号+15MW级太阳能电推进火星短期机会搜索及确定工作。由于该算法能快速确定最优发[2]载人考察方案。该方案需要20枚质子号火箭，地球射机会，因而设计效率得以大幅提高。张洪波、刘滔、[6~9]出发规模约500t。理论上，15MW级太阳能电推进装齐映红和陈统等用遗传算法从不同侧面研究了多置可将4人乘员组送入火星轨道，并使其中的2人降脉冲交会问题，对本文的工作有借鉴意义。落火星表面，开展为期15~30天的科学考察。此外，本文用自适应遗传算法开展了相关的研究，希望NA

7、SA还资助太空探索公司用法尔肯火箭和赤龙飞船对载人探火任务规划和轨道设计能有所帮助。尝试低成本火星着陆，同时展开载人登火方面的研究。收稿日期：2012-08-16；修回日期：2012-10-08作者简介：王建明（1983-），男，博士研究生，主要从事航天器轨道动力学与控制研究及深空探测轨道设计2导弹与航天运载技术2013年1决策变量2.1Lambert问题载人探火是一个典型的四脉冲轨道转移问题，旨设r，v表示初始时刻位置、速度，r，v为当00ff在