深空探测任务小推力转移轨道设计与优化方法研究

发布时间：2017-03-19 03:08

  本文关键词：深空探测任务小推力转移轨道设计与优化方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：小推力推进系统已成为21世纪深空探测领域的一种关键技术，其具有比冲高、质量低、控制精度高等优点，能大大减少探测任务尤其是较远行星探测任务的燃料消耗，是未来深空探测转移轨道主流发展方向之一，目前多个国家及航天航空机构已经利用小推力推进系统完成了多次深空探测任务。本文根据深空探测转移轨道设计的特点，在小推力转移轨道初始设计与优化方法两方面进行深入的研究。 首先，对转移轨道设计研究需要的一些基础理论进行简单介绍，包括天体星历数据的获得，小推力转移轨道设计的极坐标下的动力学模型，小推力推进器模型，和主要的摄动模型等，为后续的轨道工作奠定理论基础。 其次，，对小推力转移轨道的初始设计方法进行深入研究。首先介绍了FFS近似理论的轨道设计原理，并基于FFS近似理论，以火星交会探测任务为例，设计小推力转移轨道，并与已有的Shape-Based理论轨道设计数据对比，为后面进一步的转移轨道优化工作提供初始轨道参数。 然后，对间接打靶法和进化神经网络控制优化算法深入研究，加深对小推力转移轨道的优化方法的研究。并基于两种优化算法对初始设计得到的转移轨道进行进一步的优化，通过结果的分析，评价此种优化算法的优缺点。 最后，基于本文所研究的方法，对水星的探测任务转移轨道进行初始轨道设计，在初始设计的基础上进行优化分析，设计出可行的探测任务轨道，给出探测转移轨道的最佳方案。
【关键词】：深空探测 小推力转移轨道设计 有限傅里叶级数 间接打靶法 进化神经网络控制
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：V412.41
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-15
• 1.1 课题背景及意义8-9
• 1.1.1 课题背景8
• 1.1.2 研究的目的和意义8-9
• 1.2 深空探测历史发展概况9-14
• 1.2.1 国内外深空探测任务发展现状9-11
• 1.2.2 深空探测任务发射机会搜索方法研究现状11-12
• 1.2.3 小推力转移轨道设计与优化方法研究现状12-14
• 1.3 本文主要研究内容14-15
• 第2章 基于FFS理论的小推力转移轨道初始设计15-33
• 2.1 引言15
• 2.2 星历的获取15-16
• 2.2.1 格里历—儒略历的数据转换15-16
• 2.2.2 JPL星历数据16
• 2.3 小推力转移轨道设计动力学基础16-20
• 2.3.1 极坐标下的运动方程16-17
• 2.3.2 小推力探测器推力模型17
• 2.3.3 轨道摄动模型17-18
• 2.3.4 单位归一化处理18
• 2.3.5 笛卡尔坐标系下的小推力转移轨道优化模型18-20
• 2.4 基于FFS理论的小推力转移轨道初始设计20-32
• 2.4.1 FFS理论20-23
• 2.4.2 交会任务轨道初始设计流程23-24
• 2.4.3 FFS近似表达式系数的计算24-29
• 2.4.4 轨道搜索指标函数29-30
• 2.4.5 火星交会任务小推力转移轨道设计30-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第3章 小推力转移轨道优化方法研究33-51
• 3.1 引言33
• 3.2 基于间接打靶法的优化方法研究33-40
• 3.2.1 理论背景33-34
• 3.2.2 优化理论34-40
• 3.3 基于进化神经网络控制优化方法研究40-48
• 3.3.1 理论背景40
• 3.3.2 优化理论40-48
• 3.4 仿真算例分析48-50
• 3.5 本章小结50-51
• 第4章 水星探测任务小推力转移轨道设计与优化51-56
• 4.1 引言51
• 4.2 水星的基本参数51
• 4.3 水星交会任务的小推力转移轨道方案设计与优化51-55
• 4.3.1 轨道初始设计51-52
• 4.3.2 轨道优化52-55
• 4.4 本章小结55-56
• 结论56-57
• 参考文献57-63
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果63-65
• 致谢65

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 杨维廉;击中月球的转移轨道研究[J];飞行力学;1998年04期

2 周文艳,杨维廉;月球探测器转移轨道的特性分析[J];空间科学学报;2004年05期

3 乔国栋;李铁寿;王大轶;;地月转移轨道自主导航算法研究[J];航天控制;2008年02期

4 张振民,李立涛,杨涤;月球极轨探测器轨道方案设计[J];中国空间科学技术;2002年04期

5 李大耀;考虑地球扁率效应的两圆轨道之间的双共切最优转移[J];航天控制;1994年01期

6 刘建忠;;日-地系拉格朗日点任务及其转移轨道设计方法[J];导弹与航天运载技术;2009年01期

7 何巍;徐世杰;;地-月低能耗转移轨道中途修正问题研究[J];航天控制;2007年05期

8 王向阳;欧空局的GTO上碎片消除方法研究工作[J];导弹与航天运载技术;1993年04期

9 ;一次性运载火箭再铸辉煌[J];中国航天;1999年11期

10 杨亚非;袁幸伟;;多摄动因素对火星探测器地-火轨道设计的影响[J];测试技术学报;2011年03期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 王亚敏;乔栋;崔平远;;彗星撞击任务能量最省转移轨道设计[A];中国宇航学会深空探测技术专业委员会第七届学术年会论文集[C];2010年

2 童科伟;刘伟;王俊峰;;地球-火星转移轨道设计分析[A];中国宇航学会深空探测技术专业委员会第八届学术年会论文集（上篇）[C];2011年

3 赵遵辉;尚海滨;崔平远;;基于混合优化方法的小推力借力转移轨道设计与优化[A];中国自动化学会控制理论专业委员会C卷[C];2011年

4 王帅;尚海滨;朱圣英;崔平远;;行星际小推力转移轨道分层全局设计方法[A];中国宇航学会深空探测技术专业委员会第七届学术年会论文集[C];2010年

5 朱永生;李爽;;地球-火星转移轨道初步设计分析:以2015/2016窗口为例[A];中国宇航学会深空探测技术专业委员会第八届学术年会论文集（上篇）[C];2011年

6 王亚敏;乔栋;崔平远;;从月球飞向小天体的转移轨道设计[A];中国宇航学会深空探测技术专业委员会第八届学术年会论文集（上篇）[C];2011年

7 侯锡云;赵玉晖;刘林;;火星探测中的引力加速轨道[A];中国宇航学会深空探测技术专业委员会第七届学术年会论文集[C];2010年

8 崔祜涛;乔栋;;基于地球借力的小行星探测转移轨道设计与分析[A];中国宇航学会深空探测技术专业委员会第一届学术会议论文集[C];2005年

9 沈如松;杨雪榕;;基于粒子群算法的小推力同步轨道入轨优化[A];中国自动化学会控制理论专业委员会C卷[C];2011年

10 姚郁;贾杰;;基于不变流形的平动点间转移轨道拼接条件的选择[A];中国宇航学会深空探测技术专业委员会第七届学术年会论文集[C];2010年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 记者 李学梅;中国为印尼发射的卫星进入地球同步转移轨道[N];人民日报;2009年

2 记者 李学梅;中国为印尼发射的卫星：终于辗转入轨[N];新华每日电讯;2009年

3 邰举　薛严;韩首颗静止轨道卫星发射成功[N];科技日报;2010年

4 本报记者 付毅飞　陈瑜;专家解读“帕拉帕—D”为何没有进入预定轨道[N];科技日报;2009年

5 记者　赵亚辉;我国首颗直播卫星发射成功[N];人民日报;2006年

6 记者　 何永晋;国际海射公司将进行今年第三次发射[N];科技日报;2006年

7 王敏　蔡金曼;我国探月及深空探测取得新突破[N];新华每日电讯;2011年

8 记者 索阿娣;全年宇航发射完美收官[N];中国航天报;2008年

9 记者　田兆运;我国“中星—22号A”通信卫星发射成功[N];人民日报;2006年

10 刘念;深空探测揭大幕[N];中国航天报;2000年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 喻圣贤;深空探测中的轨道分析、设计与控制[D];南京大学;2013年

2 赵玉晖;深空探测中的轨道设计和轨道力学[D];南京大学;2012年

3 白玉铸;载人登月轨道设计相关问题研究[D];国防科学技术大学;2010年

4 黄文德;载人登月中止轨道的特性分析与优化设计[D];国防科学技术大学;2011年

5 乔栋;深空探测转移轨道设计方法研究及在小天体探测中的应用[D];哈尔滨工业大学;2007年

6 任远;星际探测中的小推力转移轨道设计与优化方法研究[D];哈尔滨工业大学;2007年

7 李明涛;共线平动点任务节能轨道设计与优化[D];中国科学院研究生院（空间科学与应用研究中心）;2010年

8 杨涛;面向空间任务的追踪理论与应用研究[D];国防科学技术大学;2010年

9 张鹏宇;空间拦截最优轨道设计[D];哈尔滨工业大学;2009年

10 史晓宁;太阳帆深空探测轨道控制与优化方法研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 郭彦余;深空探测任务小推力转移轨道设计与优化方法研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

2 于亮;基于不变流形的转移轨道设计与优化方法研究[D];解放军信息工程大学;2012年

3 马庆甜;连续小推力卫星的几种典型非开普勒轨道设计[D];清华大学;2011年

4 杨学彬;基于三体模型的星际轨道设计和控制[D];哈尔滨工业大学;2010年

5 于锡峥;IPS理论在探月节能轨道设计中的应用[D];中国科学院研究生院（空间科学与应用研究中心）;2007年

6 罗红吉;火星探测器的轨道设计与优化[D];哈尔滨工业大学;2013年

7 李小玉;深空借力飞行/小推力轨道设计与优化[D];中国科学院研究生院（空间科学与应用研究中心）;2010年

8 连一君;基于三体平动点的低能转移轨道设计研究[D];国防科学技术大学;2008年

9 马文臻;深空探测器的轨道设计与优化[D];中国科学院研究生院（空间科学与应用研究中心）;2006年

10 崔琦;异面交会的轨道设计与制导方法研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

  本文关键词：深空探测任务小推力转移轨道设计与优化方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：255440