探测器软着陆形状不规则小行星时间最优控制问题研究
发布时间：2021-07-23 09:57
近年来,随着航天技术领域中不断发展,人类一直以来不断的探索和利用外太空,包括月球和太阳系的其他天体,尤其对小行星的探测的步伐也越来越紧密。对小行星的探索有利于了解宇宙、开发和利用空间资源等重要的科学价值。在对探测器的动力学建模中,由于大多数小行星的形状具有不规则性,密度不均匀性等,这就造成了小行星的引力场非恒定,分布较复杂不规则;以及第三方摄动作用及实际外空环境中其他因素干扰模型不确定性。导致探测器实际应用受到挑战。针对以上问题,考虑到不规则小行星空间引力场的复杂性,本文提出一种新的动力学建模方式,对探测器软着陆时间最优控制进行研究分析。本文充分考虑了探测器软着陆小行星过程的环境因素及小行星的本身特性,首先针对小行星弱引力场的复杂不规则性,定义了弱引力场空间场的分界半径。在分界半径外,将不规则小行星视为质点处理计算引力;在分界半径内,利用多面体模型计算小行星引力场;其次,考虑不规则小行星大部分质量都较小,本文分析了太阳光压和辐射压对探测器的作用。最后,本文选择利用的庞特里亚金极小值原理将问题转化为求解哈密顿函数的两点边值问题（TPBVP）,求得探测器最优轨迹和最优控制的数值解。利用提出...
【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】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
小行星
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-30-第4章小行星Eros433算例仿真1996年，美国NASA发射了“鞋匠号”探测器，对近地小行星Eros433进行探测，2001年，经过一年的在轨观测，“鞋匠号”成功的在Eros433表面软着陆。本章以Eros433为例，探测数据[30]可以参考NASA官网，本文取其表面25350个顶点，构成49152个三角面，这样构成的多面体已经能够高度模拟Eros433的真实形状，如下图4-1所示。验证本文提出的动力学模型的有效性。图4-1小行星Eros433直观图和三视图4.1分界半径求解计算Eros433小行星的分界半径，首先按照章节3.2.1计算分界半径，由方案一计算分界半径：
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-32-由图4-2中可以看到对于Eross433小行星，在小行星固连坐标系下x方向引力加速度在20km左右、y方向引力加速度在18km左右、z方向引力加速度在15km左右位置处单位长度引力加速度增幅波动明显。因此可由式(3-11)可以得到，该位置处于半径30km左右的范围，认为该半径大小为分界半径大致位置。上面按照章节3.2.1方案一给出方法计算了分界半径，下面按照方案二计算Eros433小行星分界半径：表4-2Eros433空间初始条件划分球域半径参数取值1R100km2R99km95R6km96R5km首先在每个球上随机选取50个检测点，由表4-2可知，将Eross433小行星引力场空间分成了96个球域，即共有4800个检测点，分别计算这些检测点处的引力加速度，并将求得的每一球域50个检测点最小的引力加速度表示出来，图4-3给出了Eros433小行星空间引力加速度分布。图4-3Eros433小行星空间引力加速度分布由图4-3得到的Eros433小行星空间引力加速度分布中，可以看到对于
【参考文献】：
期刊论文
[1]Orbital maneuver strategy design based on piecewise linear optimization for spacecraft soft landing on irregular asteroids[J]. Zhiwei HAO,Yi ZHAO,Ying CHEN,Qiuhua ZHANG. Chinese Journal of Aeronautics. 2020(10)
[2]小天体探测自主绕飞智能规划建模[J]. 朱立颖,叶志玲,李玉庆,付中梁,徐勇. 深空探测学报. 2019(05)
[3]小行星探测发展综述[J]. 张荣桥,黄江川,赫荣伟,耿言,孟林智. 深空探测学报. 2019(05)
[4]小行星探测科学目标进展与展望[J]. 李春来,刘建军,严韦,封剑青,任鑫,刘斌. 深空探测学报. 2019(05)
[5]不规则小行星引力场内的飞行动力学[J]. 李俊峰,曾祥远. 力学进展. 2017(00)
[6]小行星的奇特动力学[J]. 李俊峰,曾祥远,张韵. 力学与实践. 2016(06)
[7]三近点角间变换的级数展开式[J]. 高端阳,李厚朴,边少锋. 导航定位学报. 2015(04)
[8]不规则形状小行星引力场组合建模方案[J]. 束磊,刘睿,张迎春. 飞行力学. 2012(06)
[9]飞行器近小行星轨道动力学的特点及研究意义[J]. 胡维多,SCHEERES,向开恒. 天文学进展. 2009(02)
[10]小行星深空探测的科学意义和展望[J]. 徐伟彪,赵海斌. 地球科学进展. 2005(11)
硕士论文
[1]不规则弱引力场小行星探测器软着陆轨迹优化控制研究[D]. 王宏.长春工业大学 2015
[2]小行星探测器的轨道设计与控制方法研究[D]. 董月莎.哈尔滨工业大学 2013
本文编号：3299073
【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】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
小行星
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-30-第4章小行星Eros433算例仿真1996年，美国NASA发射了“鞋匠号”探测器，对近地小行星Eros433进行探测，2001年，经过一年的在轨观测，“鞋匠号”成功的在Eros433表面软着陆。本章以Eros433为例，探测数据[30]可以参考NASA官网，本文取其表面25350个顶点，构成49152个三角面，这样构成的多面体已经能够高度模拟Eros433的真实形状，如下图4-1所示。验证本文提出的动力学模型的有效性。图4-1小行星Eros433直观图和三视图4.1分界半径求解计算Eros433小行星的分界半径，首先按照章节3.2.1计算分界半径，由方案一计算分界半径：
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-32-由图4-2中可以看到对于Eross433小行星，在小行星固连坐标系下x方向引力加速度在20km左右、y方向引力加速度在18km左右、z方向引力加速度在15km左右位置处单位长度引力加速度增幅波动明显。因此可由式(3-11)可以得到，该位置处于半径30km左右的范围，认为该半径大小为分界半径大致位置。上面按照章节3.2.1方案一给出方法计算了分界半径，下面按照方案二计算Eros433小行星分界半径：表4-2Eros433空间初始条件划分球域半径参数取值1R100km2R99km95R6km96R5km首先在每个球上随机选取50个检测点，由表4-2可知，将Eross433小行星引力场空间分成了96个球域，即共有4800个检测点，分别计算这些检测点处的引力加速度，并将求得的每一球域50个检测点最小的引力加速度表示出来，图4-3给出了Eros433小行星空间引力加速度分布。图4-3Eros433小行星空间引力加速度分布由图4-3得到的Eros433小行星空间引力加速度分布中，可以看到对于
【参考文献】：
期刊论文
[1]Orbital maneuver strategy design based on piecewise linear optimization for spacecraft soft landing on irregular asteroids[J]. Zhiwei HAO,Yi ZHAO,Ying CHEN,Qiuhua ZHANG. Chinese Journal of Aeronautics. 2020(10)
[2]小天体探测自主绕飞智能规划建模[J]. 朱立颖,叶志玲,李玉庆,付中梁,徐勇. 深空探测学报. 2019(05)
[3]小行星探测发展综述[J]. 张荣桥,黄江川,赫荣伟,耿言,孟林智. 深空探测学报. 2019(05)
[4]小行星探测科学目标进展与展望[J]. 李春来,刘建军,严韦,封剑青,任鑫,刘斌. 深空探测学报. 2019(05)
[5]不规则小行星引力场内的飞行动力学[J]. 李俊峰,曾祥远. 力学进展. 2017(00)
[6]小行星的奇特动力学[J]. 李俊峰,曾祥远,张韵. 力学与实践. 2016(06)
[7]三近点角间变换的级数展开式[J]. 高端阳,李厚朴,边少锋. 导航定位学报. 2015(04)
[8]不规则形状小行星引力场组合建模方案[J]. 束磊,刘睿,张迎春. 飞行力学. 2012(06)
[9]飞行器近小行星轨道动力学的特点及研究意义[J]. 胡维多,SCHEERES,向开恒. 天文学进展. 2009(02)
[10]小行星深空探测的科学意义和展望[J]. 徐伟彪,赵海斌. 地球科学进展. 2005(11)
硕士论文
[1]不规则弱引力场小行星探测器软着陆轨迹优化控制研究[D]. 王宏.长春工业大学 2015
[2]小行星探测器的轨道设计与控制方法研究[D]. 董月莎.哈尔滨工业大学 2013
本文编号：3299073
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