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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

发布时间:2018-03-26 05:21

  本文选题:空间燃料站 切入点:在轨加注 出处:《工程科学与技术》2017年S2期


【摘要】:基于空间燃料站的在轨加注任务作为未来轨道运输系统的新模式,为未来航天器在轨服务任务提供了有效的选择。本文针对多GEO目标航天器在轨加注任务,将空间燃料站技术与传统"一对多"在轨加注技术相结合,提出一种基于燃料站的可往返式在轨加注任务调度模型。模型中,考虑了服务航天器可重复利用与自身携带的燃料限制,结合轨道机动与交会问题,通过对双脉冲轨道转移的分析与求解,获得轨道转移速度增量和转移时间等目标优化参数。在此基础上,针对多目标优化问题,根据调度模型的速度增量、时间等待优化变量的对应与约束关系,面向多GEO目标航天器,设计了一种基于燃料站的可往返式在轨加注任务多目标优化算法。该算法利用设置断点的方式改进了遗传算法对加注任务调度及其多目标优化问题的求解方法,获得了服务航天器在需往返燃料站时,优化的燃料消耗、服务顺序及该顺序下的时间分配策略。以10颗GEO圆轨道目标航天器的在轨加注任务为例,进行了数值仿真计算。结果表明算法能够解决加入空间燃料站对传统在轨加注任务调度的影响。
[Abstract]:As a new model of the future orbit transportation system, the on-orbit filling mission based on space fuel station provides an effective choice for the on-orbit service mission of the future spacecraft. This paper aims at the on-orbit mission of multiple GEO target spacecraft. By combining the space fuel station technology with the traditional "one-to-many" in-orbit filling technology, a round-trip on-orbit filling task scheduling model based on the fuel station is proposed. Considering the limitation of reusability and fuel carried by service spacecraft, combined with the problem of orbit maneuver and rendezvous, the dual pulse orbital transfer is analyzed and solved. The optimization parameters such as orbital transfer velocity increment and transfer time are obtained. On this basis, for the multi-objective optimization problem, according to the speed increment of the scheduling model, the corresponding constraints of the time waiting optimization variables are obtained. For multiple GEO target spacecraft, A round-trip multi-objective optimization algorithm for in-orbit filling tasks based on fuel station is designed. The genetic algorithm is used to improve the genetic algorithm for scheduling and multi-objective optimization problems. The optimized fuel consumption, service sequence and time allocation strategy of the serving spacecraft are obtained when it is needed to return to and from the fuel station. Taking the on-orbit filling task of 10 GEO circular orbit target spacecraft as an example, The numerical simulation results show that the algorithm can solve the influence of adding space fuel station to the traditional on-orbit filling task scheduling.
【作者单位】: 南京航空航天大学航天学院;上海宇航系统工程研究所;
【基金】:上海航天创新基金资助项目(2015019) 南京航空航天大学开放基金资助项目(KFJJ20151506)
【分类号】:TP18;V52

【参考文献】

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【共引文献】

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【二级参考文献】

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本文编号:1666511

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