地球-火星轉移軌道設計與優(yōu)化技術研究.pdf

1、火星探測是近年來深空探測領域的熱點研究領域之一。地球-火星轉移軌道的設計與優(yōu)化是順利實施火星探測任務的關鍵技術之一。以化學推進系統為代表的脈沖轉移技術成熟、操作簡單且得到多次飛行驗證，至今仍是航天任務的首選轉移方式；以電推進系統為代表的小推力轉移由于比沖高、質量輕可大幅度提高航天器的有效載荷比，因而近年來得到航天界的廣泛關注。文中以火星探測為潛在的研究背景，圍繞脈沖轉移和小推力轉移展開了詳細地專題研究，具體研究內容如下：
　　首先

2、，基于二體模型，求解Lambert問題，繪制改進的地球-火星脈沖直接轉移軌道的能量等高線圖；根據能量等高線圖確定航天器的發(fā)射窗口，并選擇一對最優(yōu)的“發(fā)射時間——到達時間”序列對，使得航天器所需的發(fā)射能量最小，完成地球-火星脈沖直接轉移軌道的設計。同時，基于圓錐拼接法和借力飛行理論完成了基于金星借力的地球-火星脈沖轉移軌道設計。數值仿真結果表明，同傳統的方法比較，本文提出的方法更適合進行大時間跨度的脈沖轉移軌道設計。
　　其次，基于

3、指數正弦曲線成形法，改進Izzo給出的關于初始飛行角的數值解法，并結合遺傳算法完成了射出和射入速度不為零的地球-火星小推力轉移軌道初始設計。接著，基于逆6次多項式法并結合遺傳算法完成了射出和射入速度為零的地球-火星小推力交會軌道的初始設計。仿真結果表明，這兩種成形法均能夠很好的逼近小推力作用下航天器的真實飛行軌跡，是一類存有解析解的高效的小推力軌道初始設計方法。
　　最后，分別采三種偽光譜算法，將地球-火星小推力轉移軌道的優(yōu)化問題