卫星编队队形重构变轨方案

为提高整个卫星编队系统的轨道寿命,采用将备份卫星部署于较高轨道的编队结构以减少大气阻力的耗散。针对备份卫星进入编队时需从较高轨道机动至低轨道的情况,设计了霍曼转移变轨和主动调相变轨方案。通过仿真实验验证了2种方案的有效性,对比结果表明:霍曼转移方案节省燃料,但耗时多;主动调相变轨方案可减少变轨时间,但消耗燃料多。     

小推力轨道机动最优控制研究

研究航天器在小推力的作用下,椭圆轨道最优转移的一种解析解法.在牛顿中心力场中,采用地心惯性坐标系,选用合适的轨道根数,忽略其它摄动的影响,建立航天器转移的状态方程.应用Pontryagin极大值原理建立航天器最优推力加速度的控制方程,对方程进行合理的简化,只考虑它们的一次项,忽略其它的高次项,从状态方程中得出小推力对轨道根数产生的摄动影响,然后分别对它们进行积分,从而得到最优转移轨道的解析解.     

考虑J2项摄动的小推力燃料最优转移轨道设计

为优化得到考虑地球扁率J2项摄动影响的小推力燃料最优转移轨道,提出了一种3次同伦方法.构造较简单的采用"线性引力",且不考虑J2项摄动的大推力能量最优转移轨道作为同伦初始问题.引入3个同伦参数,分别对动力学模型、推力大小和性能指标进行同伦,根据极小值原理推导得到同伦过程中的最优控制律,并通过跟踪同伦参数的连续变化求解一系列的同伦迭代子问题,分别得到J2摄动模型下的大推力能量最优转移轨道和小推力能量最优转移轨道,并最终优化得到小推力燃料最优转移轨道.以航天器与位于太阳同步轨道的碎片的交会任务为算例进行数值仿真,验证所提出的3次同伦方法在求解J2项摄动影响下的小推力燃料最优转移轨道优化问题中的有效性.结果表明,利用打靶法容易对同伦初始问题进行求解,在同伦过程中能连续稳定地跟踪同伦参数,进而得到所需的燃料最优小推力转移轨道,利用该方法能有效地解决J2项摄动导致的非线性强、推力小、转移圈数多等原因所导致的一般数值优化算法不易收敛的难题.     

考虑地球扁率影响的任意椭圆轨道小推力最优交会控制

研究在地球扁率影响和航天器在小推力推进作用下，任意椭圆轨道最优转移的一种解析解法。将小推力和地球扁率影响视为摄动力，建立航天器转移的状态方程，应用Pontryagin极大值原理，得到航天器最优推力加速度控制方程。在假设简化时，将无量纲的推力加速度γ和地球扁率的二阶带谐系数J20视为同一阶量级，并只考虑它们的一次项，忽略其他的高次项，从状态方程中分解出小推力和地球扁率对轨道根数的影响，并分别进行了积分，得出最优转移轨道的一阶解析解。     

利用高斯伪谱法求解最优气动辅助轨道转移

将高斯伪谱法用于共面高轨道到低轨道航天器气动辅助轨道转移的研究。通过将燃料最省指标转化为最佳大气入口、出口条件,将大气内飞行时间最短作为优化指标,利用高斯伪谱法对大气内飞行轨迹进行了优化求解。通过与霍曼轨道转移相对比,气动辅助变轨明显地降低了燃料消耗。同时,说明了高斯伪谱法能够有效地求解最优轨道转移问题。     

基于遗传算法的有限推力轨道拦截优化研究

遗传算法是一种具有通用性、鲁棒性及全局最优性等优点的自适应优化技术。文中建立了空间飞行器的有限推力轨道拦截数学模型，并以空间飞行器燃料消耗最小为优化目标函数，运用遗传算法对空间飞行器的拦截变轨参数进行了优化设计。为了解决轨道拦截这一多约束优化问题，在遗传算法中引入了罚函数方法，并通过动态改变算法参数来改进优化的收敛性。在对低地球轨道目标的拦截仿真中，选择发动机燃料质量秒耗量、推力作用方向和作用时间为优化参数，仿真结果证明了该方法在带约束有限推力轨道拦截优化中的有效性。     

一种基于空间燃料站的GEO航天器在轨加注任务调度算法

本文针对多GEO航天器在轨燃料加注任务,对基于燃料站的在轨加注模式进行了研究,提出了一种基于燃料站的可往返式在轨加注任务调度及优化算法。通过对双脉冲轨道转移问题的求解与分析,获得了轨道转移速度增量和转移时间之间的关系,在此基础上提炼出了基于燃料站的多GEO航天器在轨加注任务调度模型,并根据调度模型的变量和约束关系,建立了考虑在轨加注作业顺序和作业时间分配优化的多GEO航天器在轨加注任务多目标优化模型,并采用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进行了研究。为了验证算法的有效性,以为20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,结果表明算法是有效的。     

气动辅助异面变轨问题中近最优导引律解

研究了异面低地轨道（LFO－LEO）变轨过程中,气动辅助轨道转移飞行器（简称AOTV）在大气内飞行的量优闭环导引律的一种设计方法,对气动辅助道转移飞行器大气内飞行的动力学模型进行合理的简化和近似,将AOTV燃料最省的指标转化为大气出口速度极大条件的性能指标,然后应用最优控制理论,经数学推导得到了控制变量与飞行器状态的解析关系,即AOTV近最优导引律,数学仿真验证了所设计的导引律是正确可行的。     

基于Lyapunov方法的AOTV闭环导引律的设计

研究了在共面圆轨道ＨＥＯ－ＬＥＯ变轨过程中,气动辅助轨道转移飞行器（ＡＯＴＶ）大气内气行的闭环导引律的设计问题。应用Ｌｙａｐｕｎｏｖ方法设计最优闭环导引律,并导出了控制变量的解析形式。在仿真算例中,首先采用ＵＳ６２标准大气密度模型进行控制器的设计和仿真,然后以此控制器分别控制ＡＯＴＶ在三种不同的大气密度中飞行。仿真结果表明,ＡＯＴＶ进入三种“未知的”大气密度模型中,不但可以完成变轨任务还可以极大地     

在轨服务航天器任意轨道主动绕飞

针对在轨服务航天器对目标器进行全方位监测和抢修要求,根据速度脉冲转移算法进行了在轨服务航天器任意轨道的主动绕飞。文中将绕飞轨道周期分为N份,在每份时间内采用速度脉冲转移算法实现预定位置点间位置转移,进而完成整个预定轨道绕飞。接着进行了算法的误差分析,给出了实际选择最少脉冲数的方法以满足预定轨道制导精度。最后进行任意轨道主动绕飞的数学仿真。仿真结果表明该制导算法较常规算法节省能量,能有效地完成任意轨道的主动绕飞。