基于最速下降的火星探测机会确定方法

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1、2013年第3期导弹与航天运载技术No.32013总第326期MISSILESANDSPACEVEHICLESSumNo.326文章编号：1004-7182(2013)03-0001-04DOI：10.7654/j.issn.1004-7182.20130301基于最速下降的火星探测机会确定方法12王建明，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：采用变分法推导得出指标函数的数值偏导数矩阵，进而构造出一种最速下降法，能快速确定燃料最优两脉冲火星交会机会。算例表明，该方

2、法能从Pork-Chop的概略搜索结果出发，快速给出2015~2018年度的探测火星机会，其地球出发22能量仅7.7498km/s，火星抵达速度为2.9747km/s，地火转移时间约208.6天。此外，最速下降法还可以作为一种通用的深空探测机会搜索与转移轨道设计方法，在金星、木星、土星等星际任务分析中发挥作用。关键词：星际飞行；火星探测；最速下降+中图分类号：V412.41文献标识码：AASteepestDescentMethodforDeterminingtheOpportunityofMarsRendezvous12WangJia

3、nming,LiuZhusheng(1.BeijingInstituteofSpaceSystemEngineering,Beijing,100076;2.ChinaAcademyofLaunchVehicleTechnology,Beijing,100076)Abstract:Partialderivativematrixofobjectivefunctionisderivedbyvariationalmethod,asteepestdecentmethodisthenformed,andthismethodisabletofast

4、determinetheoptimumopportunityoftwo-impulseMarsrendezvous.SimulationshowsthatthepresentedmethodcanfastdeterminetheoptimumMarsrendezvousopportunityfrom2015to2018bygiventheinitialvaluefrom22Pork-Chopplot.Earthdepartureenergyisonly7.7498km/s,thearrivalvelocityatMarsis2.974

5、7km/s,andthetransfertimetoMarsisabout208.6days.Furthermore,themethodcanalsobeusedasageneraldeepspaceexplorationopportunitysearchingandtransferobitdesignmethod,whichwillplayanimportantroleininterplanetarymissionanalysis.KeyWords:Interplanetaryflight;Marsexploration;Steep

6、estdescent0引言Pork-Chop分析的具体形式之一，还可根据需要绘制火地球、火星等天体按固有规律不断运动，深空探心双曲线能量等高线图、火心双曲线赤纬等高线图等。测机会的约束条件包括能量、测控、光照等，但能量文献[4]将遗传算法与两脉冲最优探测机会搜索问约束是最重要、最基本的一类约束。从搜索算法上来题相结合，通过星历计算和高斯问题的求解将复杂多看，主要有遍历法、智能优化算法、分析法三大类，变量非线性搜索寻优简化成二元函数求极值，提高了特别是Pork-Chop法在工程上得到了广泛的应用。交会型深空探测任务的探测机会搜索效率。文

7、献[5]~[7][1~3]Pork-Chop图是分析和确定行星探测机会的经均用状态转移矩阵法推导了指标函数与自由变量之间典方法之一。将地球出发、火星到达时刻划分成网格，的偏导数关系，为探测机会搜索开辟了新的思路。并在每个节点上求解定时Lambert问题，以此为基础现代智能方法在一定程度上提高了探测火星机会绘制地心双曲线能量等高线图，可以快速呈现深空探搜索效率，但存在算法容易老化，稳定性、收敛性下测机会的基本特征。Pork-Chop的本质为穷举法，其搜降，对初值敏感等问题。此外，单纯形、最速下降等[8]索精度要求越高，需要的网格就越密，

8、计算量也将成方法也在深空探测机会搜索过程中发挥了作用。时至倍增加。事实上，地心双曲线能量等高线图分析仅是今日，仍然在寻找更好、更高效的搜索方法。收稿日期：2012-07-09作者简介：王建明（1983-），男，博士研究生