基于人工免疫算法的载人登月任务地月转移双脉冲中止策略研究

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1、第２０卷第２期载人航天Ｖｏｌ．２０Ｎｏ．２２０１４年３月ＭａｎｎｅｄＳｐａｃｅｆｌｉｇｈｔＭａｒ．２０１４基于人工免疫算法的载人登月任务地月转移双脉冲中止策略研究彭坤，果琳丽，向开恒，王平，杨雷（中国空间技术研究院载人航天总体部，北京１０００９４）摘要：载人登月任务中，任务中止策略设计是确保航天员安全返回的重要基础。首先结合“星座”计划飞行方案分析了载人登月任务各飞行阶段的中止策略；其次针对地月转移巡航段进行了双脉冲中止策略设计，以速度增量数值、方位角以及变轨时间间隔为控制变量，加入轨道同向、近

2、地点高度、偏心率以及飞行时间约束，提出双脉冲变轨计算流程；最后采用人工免疫算法对该问题进行了求解和优化。仿真算例表明，双脉冲中止策略存在多组解，其全局分布特性为：飞行时间越短速度增量需求越大；飞行时间相近时，大偏心率中止轨道对应的速度增量小；故障点离地月加速点越近，所需速度增量越小。同时也验证了人工免疫算法求解双脉冲中止策略问题的有效性。关键词：载人登月；中止策略；双脉冲；人工免疫算法＋中图分类号：４１２．４１；Ｖ５２９．１文献标识码：Ａ文章编号：１６７４-５８２５（２０１４）０２-０１４６-０

3、７Two-ImpulseAbortStrategyforTranslunarCoastofMannedLunarMissionsBasedonArtificialImmuneAlgorithmＰＥＮＧＫｕｎ，ＧＵＯＬｉｎｌｉ，ＸＩＡＮＧＫａｉｈｅｎｇ，ＷＡＮＧＰｉｎｇ，ＹａｎｇＬｅｉ（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭａｎｎｅｄＳｐａｃｅＳｙｓｔｅｍＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；ＣｈｉｎａＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｐａｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００９４，Ｃｈｉｎａ）Abstract：Ａｂｏｒｔｓｔｒ

4、ａｔｅｇｙｄｅｓｉｇｎｆｏｒｍａｎｎｅｄｌｕｎａｒｍｉｓｓｉｏｎｓｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｂａｓｉｓｔｏｅｎｓｕｒｅｔｈｅｓａｆｅｒｅｔｕｒｎｏｆｔｈｅｃｒｅｗｔｏＥａｒｔｈ．Ｆｉｒｓｔ，ａｂｏｒｔｓｔｒａｔｅｇｙｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｈａｓｅｓｏｆｍａｎｎｅｄｌｕｎａｒｍｉｓｓｉｏｎｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｆｌｉｇｈｔｐｌａｎｏｆＣｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎｐｒｏｇｒａｍ．Ｔｈｅｎｔｗｏ-ｉｍｐｕｌｓｅａｂｏｒｔｓｔｒａｔｅｇｙｆｏｒｔｒａｎｓ-ｌｕｎａｒｃｏａｓｔｗａ

5、ｓｄｅｓｉｇｎｅｄ，ａｎｄａｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｗｏ-ｉｍｐｕｌｓｅｔｒａｎｓｆｅｒｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｉｎｗｈｉｃｈｖｅｌｏｃｉｔｙｉｎｃｒｅｍｅｎｔｖａｌｕｅ，ｖｅｌｏｃｉｔｙａｚｉｍｕｔｈａｎｄｉｎｔｅｒｖａｌｏｆｔｗｏｉｍｐｕｌｓｅｗｅｒｅｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄａｓｃｏｎｔｒｏｌｖａｒｉａｂｌｅ，ｏｒｂｉｔｉｎｔｈｅｓａｍｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎ，ｐｅｒｉｇｅｅｈｅｉｇｈｔ，ｅｃｃｅｎｔｒｉｃｉｔｙａｎｄｆｌｉｇｈｔｔｉｍｅｗｅｒｅｊｏｉｎｅｄａｓｃｏｎ-ｓｔｒａｉｎ

6、ｔｓ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ａｎａｒｔｉｆｉｃｉａｌｉｍｍｕｎｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｗａｓｕｓｅｄｔｏｓｏｌｖｅａｎｄｏｐｔｉｍｉｚｅｔｈｉｓｐｒｏｂｌｅｍ．Ｓｉｍｕ-ｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔ，ｔｗｏ-ｉｍｐｕｌｓｅａｂｏｒｔｓｔｒａｔｅｇｙｈａｓｍｕｌｔｉｐｌｅｓｏｌｕｔｉｏｎｓ，ａｎｄｔｈｅｉｒｇｌｏｂａｌｄｉｓｔｒｉ-ｂｕｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｈａｔｓｈｏｒｔｅｒｆｌｉｇｈｔｔｉｍｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｓｔｏｇｒｅａｔｅｒｖｅｌｏｃｉｔｙｉｎｃｒｅｍｅｎｔ，ｌａｒｇ

7、ｅｒｅｃｃｅｎｔｒｉｃ-ｉｔｙａｂｏｒｔｏｒｂｉｔｈａｓｓｍａｌｌｅｒｖｅｌｏｃｉｔｙｉｎｃｒｅｍｅｎｔｗｈｅｎｆｌｉｇｈｔｔｉｍｅｉｓｓｉｍｉｌａｒ．Ｗｈｅｎｔｈｅｆａｉｌｕｒｅｔｉｍｅｉｓｃｌｏｓｅｒｔｏｔｒａｎｓｌｕｎａｒｉｎｊｅｃｔｉｏｎ，ｔｈｅｖｅｌｏｃｉｔｙｉｎｃｒｅｍｅｎｔｒｅｑｕｉｒｅｄｉｓｓｍａｌｌｅｒ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓｏｆａｒｔｉｆｉ-ｃｉａｌｉｍｍｕｎｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｆｏｒｓｏｌｖｉｎｇｔｗｏ-ｉｍｐｕｌｓｅａｂｏｒｔｓｔｒａｔｅｇｙｗａｓａｌｓｏｖａｌ

8、ｉｄａｔｅｄ．Keywords：ｍａｎｎｅｄｌｕｎａｒｍｉｓｓｉｏｎｓ；ａｂｏｒｔｓｔｒａｔｅｇｙ；ｔｗｏ-ｉｍｐｕｌｓｅ；ａｒｔｉｆｉｃｉａｌｉｍｍｕｎｅａｌｇｏｒｉｔｈｍ全，航天员可以通过预先设计的策略随时中止任１引言务，安全返回地球。载人登月工程是一项复杂度大、技术含量和美国对载人登月任务中止策略进行过大量分［１－８］［９，１０］风险性极高的大系统工程，保障航天员安全是载析工作。国内学者黄文德等对载人登月人登月工程设计的重要原则。在载人登月飞行过所涉及的登月轨道设计和任务中止轨道设计问题［