小推力地火转移轨迹优化与校正方法研究
发布时间：2021-07-08 14:04
随着科学技术的飞速发展,探索更深更广阔的外太空已经成为当前人类航天活动的大方向之一,未来对于火星的探测将成为各国探测深空领域的热点。地火转移轨道设计是火星探测的关键技术之一,本文对小推力地火转移轨迹优化与校正方法进行研究。针对二体模型的小推力轨迹优化问题,基于有限傅里叶级数法对地火转移轨迹进行初始设计,得到了一组可行解,将其用于间接法的协态变量初值估计中,得到了能量最优的开环轨迹,接着再采用同伦法将能量最优问题逐渐向燃料最优问题过渡,得到了燃料最优的开环轨迹。仿真结果表明有限傅里叶级数法来估计间接法的协态变量初值的求解策略可行,可以使仿真收敛。基于有限傅里叶级数法得到的可行解消耗的燃料最多,能量最优次之,燃料最优消耗的燃料最少。针对二体模型的小推力轨迹校正问题,首先将动力学模型在开环最优标称轨迹附近线性化建立偏差动力学模型,基于此模型设计了模型预测控制算法跟踪最优标称轨迹。考虑到轨迹校正的实时性要求,对神经网络进行训练,即在最优标称轨迹附近学习最优控制策略,给出了基于神经网络的在轨实时校正的具体实施方法,仿真结果表明神经网络能很好的学习最优控制策略,实现对轨迹的实时校正。针对多体模型的...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
深空一号探测器它的目的地是近地小行星“1992KD”，深空一号的主要任务于1999年9
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-3-图1-2深空一号探测器探测轨道（2）隼鸟号（Hayabusa）2003年5月由日本发射的隼鸟号是第一个从近地天体小行星(25143Itokawa)表面采样并返回地球的探测器，如图1-3所示。它的任务目标是从小行星表面采样，并返回地球，同时在轨验证自主研制的小推力器的可行性[9]。探测器的任务轨迹如图1-4所示，于2004年5月19日进行了一次地球借力飞行，随后于9月12日到达25143Itokawa并将小行星的高分辨率图像送回地球。图1-3隼鸟号探测器图1-4隼鸟号探测器轨道隼鸟号携带了4个微波氙离子推进器，每个推进器的推力为8mN，比冲为3200s，在2年的飞行中，离子发动机系统产生的速度增量为1400m/s，同时消耗22kg氙推进剂，工作时间为25800小时。（3）智慧一号（SMART-1）2003年9月发射的SMART-1是欧空局的小卫星技术登月任务，如图1-5所示。探测器的关键目标之一是以太阳能小推力为深空任务中主要的推进方式，并在月球轨道转移和重力辅助下进行在轨验证[10]。它的任务目标是在月球轨道
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-3-图1-2深空一号探测器探测轨道（2）隼鸟号（Hayabusa）2003年5月由日本发射的隼鸟号是第一个从近地天体小行星(25143Itokawa)表面采样并返回地球的探测器，如图1-3所示。它的任务目标是从小行星表面采样，并返回地球，同时在轨验证自主研制的小推力器的可行性[9]。探测器的任务轨迹如图1-4所示，于2004年5月19日进行了一次地球借力飞行，随后于9月12日到达25143Itokawa并将小行星的高分辨率图像送回地球。图1-3隼鸟号探测器图1-4隼鸟号探测器轨道隼鸟号携带了4个微波氙离子推进器，每个推进器的推力为8mN，比冲为3200s，在2年的飞行中，离子发动机系统产生的速度增量为1400m/s，同时消耗22kg氙推进剂，工作时间为25800小时。（3）智慧一号（SMART-1）2003年9月发射的SMART-1是欧空局的小卫星技术登月任务，如图1-5所示。探测器的关键目标之一是以太阳能小推力为深空任务中主要的推进方式，并在月球轨道转移和重力辅助下进行在轨验证[10]。它的任务目标是在月球轨道
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于电推进卫星飞往Halo轨道的转移轨道研究[J]. 王申,熊淑杰. 空间科学学报. 2019(04)
[2]小天体多目标多模式探测任务设计[J]. 黄江川,李翔宇,乔栋,贾飞达,孟林智. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2019(08)
[3]基于同伦方法的地月系L2点小推力转移轨道优化[J]. 潘迅,泮斌峰. 载人航天. 2019(01)
[4]基于傅里叶级数的小推力航天器快速轨迹设计[J]. 曾奎,耿云海,陈炳龙. 自动化学报. 2016(11)
[5]最优控制问题的Legendre伪谱法求解及其应用[J]. 徐少兵,李升波,成波. 控制与决策. 2014(12)
[6]基于多体动力学模型的深空探测轨迹优化[J]. 姬聪云,南英,安彬. 飞行力学. 2014(06)
[7]深空探测发展与未来关键技术[J]. 吴伟仁,于登云. 深空探测学报. 2014(01)
[8]我国小行星探测目标分析与电推进轨道设计[J]. 陈杨,宝音贺西,李俊峰. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2011(09)
[9]有限推力轨迹优化问题的直接打靶法研究[J]. 王华,唐国金,雷勇军. 中国空间科学技术. 2003(05)
[10]定常幅值小推力登月飞行器轨道研究[J]. 王劼,崔乃刚,刘暾. 航空学报. 2001(01)
博士论文
[1]电动帆航天器动力学、控制及轨迹优化研究[D]. 霍明英.哈尔滨工业大学 2015
本文编号：3271715
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
深空一号探测器它的目的地是近地小行星“1992KD”，深空一号的主要任务于1999年9
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-3-图1-2深空一号探测器探测轨道（2）隼鸟号（Hayabusa）2003年5月由日本发射的隼鸟号是第一个从近地天体小行星(25143Itokawa)表面采样并返回地球的探测器，如图1-3所示。它的任务目标是从小行星表面采样，并返回地球，同时在轨验证自主研制的小推力器的可行性[9]。探测器的任务轨迹如图1-4所示，于2004年5月19日进行了一次地球借力飞行，随后于9月12日到达25143Itokawa并将小行星的高分辨率图像送回地球。图1-3隼鸟号探测器图1-4隼鸟号探测器轨道隼鸟号携带了4个微波氙离子推进器，每个推进器的推力为8mN，比冲为3200s，在2年的飞行中，离子发动机系统产生的速度增量为1400m/s，同时消耗22kg氙推进剂，工作时间为25800小时。（3）智慧一号（SMART-1）2003年9月发射的SMART-1是欧空局的小卫星技术登月任务，如图1-5所示。探测器的关键目标之一是以太阳能小推力为深空任务中主要的推进方式，并在月球轨道转移和重力辅助下进行在轨验证[10]。它的任务目标是在月球轨道
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-3-图1-2深空一号探测器探测轨道（2）隼鸟号（Hayabusa）2003年5月由日本发射的隼鸟号是第一个从近地天体小行星(25143Itokawa)表面采样并返回地球的探测器，如图1-3所示。它的任务目标是从小行星表面采样，并返回地球，同时在轨验证自主研制的小推力器的可行性[9]。探测器的任务轨迹如图1-4所示，于2004年5月19日进行了一次地球借力飞行，随后于9月12日到达25143Itokawa并将小行星的高分辨率图像送回地球。图1-3隼鸟号探测器图1-4隼鸟号探测器轨道隼鸟号携带了4个微波氙离子推进器，每个推进器的推力为8mN，比冲为3200s，在2年的飞行中，离子发动机系统产生的速度增量为1400m/s，同时消耗22kg氙推进剂，工作时间为25800小时。（3）智慧一号（SMART-1）2003年9月发射的SMART-1是欧空局的小卫星技术登月任务，如图1-5所示。探测器的关键目标之一是以太阳能小推力为深空任务中主要的推进方式，并在月球轨道转移和重力辅助下进行在轨验证[10]。它的任务目标是在月球轨道
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于电推进卫星飞往Halo轨道的转移轨道研究[J]. 王申,熊淑杰. 空间科学学报. 2019(04)
[2]小天体多目标多模式探测任务设计[J]. 黄江川,李翔宇,乔栋,贾飞达,孟林智. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2019(08)
[3]基于同伦方法的地月系L2点小推力转移轨道优化[J]. 潘迅,泮斌峰. 载人航天. 2019(01)
[4]基于傅里叶级数的小推力航天器快速轨迹设计[J]. 曾奎,耿云海,陈炳龙. 自动化学报. 2016(11)
[5]最优控制问题的Legendre伪谱法求解及其应用[J]. 徐少兵,李升波,成波. 控制与决策. 2014(12)
[6]基于多体动力学模型的深空探测轨迹优化[J]. 姬聪云,南英,安彬. 飞行力学. 2014(06)
[7]深空探测发展与未来关键技术[J]. 吴伟仁,于登云. 深空探测学报. 2014(01)
[8]我国小行星探测目标分析与电推进轨道设计[J]. 陈杨,宝音贺西,李俊峰. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2011(09)
[9]有限推力轨迹优化问题的直接打靶法研究[J]. 王华,唐国金,雷勇军. 中国空间科学技术. 2003(05)
[10]定常幅值小推力登月飞行器轨道研究[J]. 王劼,崔乃刚,刘暾. 航空学报. 2001(01)
博士论文
[1]电动帆航天器动力学、控制及轨迹优化研究[D]. 霍明英.哈尔滨工业大学 2015
本文编号：3271715
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