面向在軌加注的多航天器交會(huì)任務(wù)規(guī)劃方法研究.pdf

1、在軌加注是一種通過(guò)服務(wù)航天器對(duì)在軌運(yùn)行目標(biāo)航天器的推進(jìn)劑等耗費(fèi)品進(jìn)行補(bǔ)給的在軌服務(wù)方式，在軌加注任務(wù)的經(jīng)濟(jì)性要求在一次任務(wù)中對(duì)多顆衛(wèi)星進(jìn)行服務(wù)，任務(wù)規(guī)劃是實(shí)現(xiàn)在軌加注任務(wù)經(jīng)濟(jì)性的前提。本文以在軌加注為背景，開展多航天器交會(huì)任務(wù)規(guī)劃研究。
　　1、采用雙脈沖多圈交會(huì)作為機(jī)動(dòng)方式，建立了脈沖作用下的交會(huì)動(dòng)力學(xué)模型?；诠潭ㄆ鹗键c(diǎn)與時(shí)間的計(jì)算方法，探究了起始滑移與終端滑移對(duì)軌道轉(zhuǎn)移沖量消耗的影響。通過(guò)在等高圖上作輔助線的方法，設(shè)計(jì)了軌道

2、轉(zhuǎn)移的滑移律。實(shí)現(xiàn)了給定時(shí)間內(nèi)移動(dòng)目標(biāo)交會(huì)的快速尋優(yōu)。
　　2、針對(duì)地球同步軌道在軌加注任務(wù)規(guī)劃問題，在加注過(guò)程中充分考慮目標(biāo)星燃料的需求量與服務(wù)星燃料的攜帶量，在小角度下忽略共面機(jī)動(dòng)的燃料消耗，僅考慮軌道面的改變，對(duì)軌道轉(zhuǎn)移的燃料消耗進(jìn)行快速估算。建立了“多對(duì)多”GSO衛(wèi)星的在軌加注任務(wù)規(guī)劃模型，并將問題進(jìn)行了分解?？紤]了發(fā)射入軌的燃料消耗，以及由火箭運(yùn)載能力和衛(wèi)星的燃料攜帶能力的差異帶來(lái)的一箭多星的可能性。算例結(jié)果驗(yàn)證了模型與

3、算法的有效性與可行性。
　　3、針對(duì)異面圓軌道分布式加注任務(wù)規(guī)劃問題，考慮同一軌道面內(nèi)的衛(wèi)星位置互換，將該問題表述為一個(gè)非完全的賦權(quán)三部圖匹配問題（AP3）。采用遺傳算法對(duì)異面衛(wèi)星間的變軌進(jìn)行求解，求出所有可能的組合情況，再采用自編整數(shù)編碼遺傳算法將非完全AP3轉(zhuǎn)化為完全二部圖，利用Kuhn-Mundres算法對(duì)二部圖的匹配進(jìn)行求解。結(jié)果表明，針對(duì)異面角度相差較小的情況，算法具有較好的收斂性，燃料傳輸?shù)拇鷥r(jià)在可接受的范圍內(nèi)。

4、>　　4、針對(duì)基于合作交會(huì)的一對(duì)多在軌加注任務(wù)規(guī)劃問題，選取圓軌道上衛(wèi)星星座作為加注目標(biāo)，建立了基于合作機(jī)動(dòng)的多航天器加注任務(wù)規(guī)劃模型，通過(guò)使目標(biāo)星實(shí)施有利于任務(wù)的合作機(jī)動(dòng)，先改變目標(biāo)星的位置，然后再使服務(wù)星與之交會(huì)，從而為整體任務(wù)帶來(lái)優(yōu)化。建立了兩層混合優(yōu)化模型，設(shè)計(jì)了多島遺傳算法與序列二次規(guī)劃相結(jié)合的優(yōu)化算法求解上層的服務(wù)星路徑優(yōu)化，保證了求解過(guò)程的全局最優(yōu)與快速收斂。推導(dǎo)了一種解析方法用于快速計(jì)算下層的目標(biāo)星機(jī)動(dòng)位置選擇。算例結(jié)果