航天器任意椭圆轨道最优转移问题研究

《航天器任意椭圆轨道最优转移问题研究》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29卷第7期计算机仿真2012年7月文章编号：1006-9348(2012)07—0130-05航天器任意椭圆轨道最优转移问题研究王青．谷良贤(西北工业大学航天学院，陕西西安710072)摘要：目前航天器最优转移轨道研究中，常忽略摄动力影响，仅考虑能量最优，且采用常值推力控制量，得到的转移轨道精度低，转移时间长，非理论最优。本文考虑地球非球形摄动力J2的影响，建立时间一能量综合最优性能指标，基于变推力控制量，研究了任意椭圆轨道最优转移问题。建立高斯拉格朗日状态方程，应用Pontryagln极小值原理和共轭梯度法

2、求解最优转移问题；研究了J2摄动力对转移轨道根数、推力加速度和最优转移轨道的影响。结果表明：J2摄动力对转移轨道根数和推力加速度都有影响．不能忽略；时间一能量综合最优转移同时考虑轨道转移时问和能量消耗，优化结果更利于工程应用；最优推力加速度不是常值，即采用常值推力控制量得到的并非理论最优转移轨道。关键词：轨道转移，时间一能量综合最优，摄动力，有限变推力中图分类号：V417+．6文献标识码：AOptimalDesignofArbitraryEllipticalOrbitalTransferforSpacecraft

3、WANGQing，GULiang—xian(CoHegeofAstronautics，NorthwesternPolyteehniealUniversity，Xi’船$hanxi710072，China)ABSTRACT：Inthe瑚earehofoptiIIIalOrbitaltransferofspacecraft，theperturbationsaleoftenignoredandthetransfertimeandconstantthrustareemployed．Asaresult．theoptimiz

4、edtransferorbitisn’ttheoptimaltransferof-bitindeed．Consideringthese。thepaperstudiedtheproblemofoptimaltime—fuelarbitraryelliipticalorbitaltimlsferusingfinitevariablethrust(thedirectionandmagnitudebothchanged)，takingJ2perturbationintoaccount．ChosentheGauss-mod

5、el0,8stateequations，thetime-fueloptimalthlllstaccelerationsandtransferorbitsweregainedbyPontryagintheory．AndtheinfluenceofJ2perturbationonorbitaldements，thrustaccelerationsandoptimaltransferorbitwerestudied．TheresultsvalidatedthattheJ2perturbationhasgreatimpa

6、ctonthetransferorbitde-mentsandthrustaccelerations．makingitcan’tbeignored．Incontrasttominimum—fuelorminimum—timeproblem，optimalfuel／timetransferorbitcreditsusefulnessinpractice．Theoptimalthrustaccelerationsmnottheconstant．provingthattheoptimalthansferorbitgai

7、nedemployingeonstunlthrustistheoreticallynottheoptimalorbit．KEYWORDS：Orbitaltransfer；Optinudtime—fuel；Perturbation；Finitevariablethrust1引言随着人类对空间技术的开发利用，对航天器空间轨道机动能力的要求愈来愈高，如时问短、能量省、精度高等。传统的航天器轨道机动研究，综合起来主要存在三方面不足：1)研究主要考虑轨道转移过程中的能量最优同题¨。1，较少考虑转移时间，因此优化得到的转移轨

8、道转移时间长，不能满足轨道机动中的快速性要求；2)研究大都忽略了摄动力p。1的影响，故得到的转移轨道精度较低，不能满足航天器交会对接等任务对高精度的要求；3)研究主要假设推力大小固定，仅对推力方向进行优化11,4．5J。这限制了优化自由度，得到的转移轨道只是给定推力大小情况下的最优，并非真正理论收稿日期：2011—06—15修回日期：2011—10—05一130一最优轨道