航天器在轨服务作业模式及其调度算法研究
发布时间：2021-08-06 18:17
航天器在轨服务技术作为航天领域一个新兴的研究方向,在民用和军用领域具有显著的应用价值,能够有效的解决航天器运行可靠性、任务灵活性、可扩展性以及工作寿命不足等急需解决的问题,因此有必要开展航天器在轨服务技术的相关研究。本文以在轨加注这一典型的航天器在轨服务形式为背景,开展航天器在轨服务模式及其调度算法的研究。论文首先对研究中采用的三种轨道机动策略进行了分析,其中用Lambert轨道转移和调相机动求解地球同步轨道航天器交会对接问题,用考虑J2摄动项的轨道要素差分相对动力学方程求解近地近圆轨道航天器交会对接问题。其次,针对航天器在轨加注任务调度问题,以基于空间燃料站的“一对多”在轨加注模式和“多对多”在轨加注模式作为研究重点,开展单目标和多目标优化的加注调度问题研究,其中“多对多”模式的在轨加注任务以GEO轨道航天器作为目标航天器,“一对多”模式的在轨加注任务以近地近圆轨道航天器作为目标航天器。然后,根据两种在轨加注模式的特点,确定各航天器之间的关系,在此基础上,结合空间交会对接问题中航天器轨道转移策略的特点,提炼出各航天器在轨加注任务模式的调度模型,在调度模型的构建过...
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
轨道快车计划
图 1.1 轨道快车计划目的初步设想，轨道快车计划任务的具体步骤包括：确定任务类型和对天器数目及部署方案的发送准备与任务规划阶段；将 ASTRO 和物资存阶段；在发射入轨后ASTRO将会根据地面提供的NEXTSat位置信息进 ASTRO 机动至 NEXTSat 附近时，其将会启动近距离观测器以获取 NE信息；在获取了位姿信息后，两颗航天器将会采用直接捕获对接的方式进行初始化准备工作之后，ASTRO 就可以向 NEXTSat 进行燃料补给与完成在轨服务后，ASTRO 与 NEXTSat 分离，并进入停泊轨道待命；在TRO 与 CSC 交会对接，并从 CSC 上获取燃料，ORU 等物质，同时也为进行物质补给后 ASTRO 可再次为目标航天器执行在轨服务作业，由此任务。
ATV 也采用了单元模块化设计，将不同的舱段进行模块化设计，然后对各单元模块进行平行集成与测试，同时也为后续任务考虑，将航天器设计成可兼容不同的单元模块，其单元模块组装示意如图1.3所示[16-17]。在ATV成功完成货运服务任务后，欧洲航天局将在此基础上进行下一步的在轨服务技术发展规划。他们将通过更换航天器单元模块，使其能完成货物及乘员返回、小型空间站驻留支持以及为环月轨道进行在轨服务等任务[16-17]。同时，ATV 在军事领域还具有一定的潜力，可对己方航天器进行加注、维护等服务或者破坏敌方的轨道资源。图 1.3 欧空局 ATV 项目我国的在轨服务技术研究尚处于起步阶段，相较于美、欧等国家我国已属于落后状态。但随着我国航天技术不断地积累，自主对接等技术已取得大量成就，掌握了关键技术。随着各国在轨服务试验取得成功，国内开始意识到在轨服务技术的重要性，随着我国对航天器在轨加注技术研究的不断深入
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种基于燃料站的可往返式在轨加注任务调度模型及优化算法[J]. 朱啸宇,乔兵,张庆展,靳永强,谭迎龙. 工程科学与技术. 2017(S2)
[2]基于混合NSGA-Ⅱ的有硬时间窗的多目标车辆路径问题[J]. 吴天羿,刘建永,许继恒,翁杰,昝良. 交通运输系统工程与信息. 2014(02)
[3]在轨服务航天器任务指派问题[J]. 梁彦刚,王伟林. 国防科技大学学报. 2013(05)
[4]层次分析法权重计算方法分析及其应用研究[J]. 邓雪,李家铭,曾浩健,陈俊羊,赵俊峰. 数学的实践与认识. 2012(07)
[5]深空环境下卫星编队飞行队形重构实时重规划[J]. 黄海滨,马广富,庄宇飞,吕跃勇. 宇航学报. 2012(03)
[6]基于离散粒子群算法的航天器在轨服务任务分配问题研究[J]. 张琪新,孙富春,叶文,闵海波. 计算机测量与控制. 2011(11)
[7]多GEO卫星接近观测任务规划[J]. 任仙海,杨乐平,朱彦伟. 飞行力学. 2011(03)
[8]卫星编队队形重构避碰技术研究[J]. 刘莹莹,黄河,刘培玲,周军. 飞行力学. 2011(02)
[9]多用途轨道服务器模块化设计方法研究[J]. 熊晓英,杨雷,方方,田坤黉. 载人航天. 2011(01)
[10]地球同步轨道卫星群在轨加注任务规划[J]. 欧阳琦,姚雯,陈小前. 宇航学报. 2010(12)
博士论文
[1]空间交会任务解析摄动分析与混合整数多目标规划方法[D]. 张进.国防科学技术大学 2013
[2]层次分析法的若干问题研究及应用[D]. 朱建军.东北大学 2005
硕士论文
[1]层次分析法中判断矩阵的构造问题[D]. 储敏.南京理工大学 2005
本文编号：3326251
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
轨道快车计划
图 1.1 轨道快车计划目的初步设想，轨道快车计划任务的具体步骤包括：确定任务类型和对天器数目及部署方案的发送准备与任务规划阶段；将 ASTRO 和物资存阶段；在发射入轨后ASTRO将会根据地面提供的NEXTSat位置信息进 ASTRO 机动至 NEXTSat 附近时，其将会启动近距离观测器以获取 NE信息；在获取了位姿信息后，两颗航天器将会采用直接捕获对接的方式进行初始化准备工作之后，ASTRO 就可以向 NEXTSat 进行燃料补给与完成在轨服务后，ASTRO 与 NEXTSat 分离，并进入停泊轨道待命；在TRO 与 CSC 交会对接，并从 CSC 上获取燃料，ORU 等物质，同时也为进行物质补给后 ASTRO 可再次为目标航天器执行在轨服务作业，由此任务。
ATV 也采用了单元模块化设计，将不同的舱段进行模块化设计，然后对各单元模块进行平行集成与测试，同时也为后续任务考虑，将航天器设计成可兼容不同的单元模块，其单元模块组装示意如图1.3所示[16-17]。在ATV成功完成货运服务任务后，欧洲航天局将在此基础上进行下一步的在轨服务技术发展规划。他们将通过更换航天器单元模块，使其能完成货物及乘员返回、小型空间站驻留支持以及为环月轨道进行在轨服务等任务[16-17]。同时，ATV 在军事领域还具有一定的潜力，可对己方航天器进行加注、维护等服务或者破坏敌方的轨道资源。图 1.3 欧空局 ATV 项目我国的在轨服务技术研究尚处于起步阶段，相较于美、欧等国家我国已属于落后状态。但随着我国航天技术不断地积累，自主对接等技术已取得大量成就，掌握了关键技术。随着各国在轨服务试验取得成功，国内开始意识到在轨服务技术的重要性，随着我国对航天器在轨加注技术研究的不断深入
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种基于燃料站的可往返式在轨加注任务调度模型及优化算法[J]. 朱啸宇,乔兵,张庆展,靳永强,谭迎龙. 工程科学与技术. 2017(S2)
[2]基于混合NSGA-Ⅱ的有硬时间窗的多目标车辆路径问题[J]. 吴天羿,刘建永,许继恒,翁杰,昝良. 交通运输系统工程与信息. 2014(02)
[3]在轨服务航天器任务指派问题[J]. 梁彦刚,王伟林. 国防科技大学学报. 2013(05)
[4]层次分析法权重计算方法分析及其应用研究[J]. 邓雪,李家铭,曾浩健,陈俊羊,赵俊峰. 数学的实践与认识. 2012(07)
[5]深空环境下卫星编队飞行队形重构实时重规划[J]. 黄海滨,马广富,庄宇飞,吕跃勇. 宇航学报. 2012(03)
[6]基于离散粒子群算法的航天器在轨服务任务分配问题研究[J]. 张琪新,孙富春,叶文,闵海波. 计算机测量与控制. 2011(11)
[7]多GEO卫星接近观测任务规划[J]. 任仙海,杨乐平,朱彦伟. 飞行力学. 2011(03)
[8]卫星编队队形重构避碰技术研究[J]. 刘莹莹,黄河,刘培玲,周军. 飞行力学. 2011(02)
[9]多用途轨道服务器模块化设计方法研究[J]. 熊晓英,杨雷,方方,田坤黉. 载人航天. 2011(01)
[10]地球同步轨道卫星群在轨加注任务规划[J]. 欧阳琦,姚雯,陈小前. 宇航学报. 2010(12)
博士论文
[1]空间交会任务解析摄动分析与混合整数多目标规划方法[D]. 张进.国防科学技术大学 2013
[2]层次分析法的若干问题研究及应用[D]. 朱建军.东北大学 2005
硕士论文
[1]层次分析法中判断矩阵的构造问题[D]. 储敏.南京理工大学 2005
本文编号：3326251
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