小推力取样返回轨道的全局优化

• 作者: 何胜茂 王俐云 高扬
• 来源期刊: 深空探测研究
• 学科: 数学
• 关键词: 小推力 取样返回 春分点根数 非线性参数优化 全局优化 智能优化算法
• 年，卷（期）: 2010,（1）
• 页码范围: 1-7
• 页数: 7页
• 分类号: O224

摘要

本文介绍了2009年首届全国深空轨道设计竞赛冠军代表队的优化方法和设计结果。竞赛的题目可以归结为指定目标天体的小推力取样返回轨道的优化设计问题（暂不考虑利用行星引力辅助）。采用一组无奇点的春分点根数来表示小推力探测器的动力学模型；针对任意两个开普勒轨道之间的小推力交会问题，从最优控制理论出发，给出了协态变量微分方程和最优控制律，基于庞特里亚金极小值原理对有界控制量的结论预先设定了去程和回程的开一关一开发动机工作顺序；将去程和回程的转移轨道设计问题转化为非线性参数优化问题，利用顺序二次型规划法求解，并给出了初始协态变量、发射时刻、转移时间的初值猜测方法。为了得到全局优化的设计结果，问题求解分为三个阶段：1）分别求解去程和回程转移轨道；2）将去程和回程转移轨道合并为一条轨道进行整体优化；3）遍历不同发射时刻得到一系列局部优化结果，选择最好的局部解作为最终的设计结果。最后，对其它代表队的方法（主要是智能优化算法）给出了初步的对比和评述。