載人小行星探測轉移軌道設計與優(yōu)化.pdf

1、載人小行星探測是脫離地球影響球的長期行星際飛行，這種探測經歷是載人登月任務無法替代的，也可以成為未來載人登陸火星的先導，具有重要的研究價值。行星際轉移軌道的設計與優(yōu)化是探測任務設計的關鍵技術之一，本文根據(jù)載人深空探測任務的特點，對行星際轉移軌道的設計與優(yōu)化問題進行深入研究。
　　本文首先通過求解Gauss問題繪制地球-小行星兩脈沖轉移軌道的能量等高圖，得到探測器的初始轉移軌道和發(fā)射窗口。然后，利用序列二次規(guī)劃算法進行軌道優(yōu)化，得到

2、地球-小行星之間的最優(yōu)兩脈沖轉移軌道。選取編號4660的Nereus小行星為探測目標，給出2018-2023年間的發(fā)射窗口與最優(yōu)兩脈沖轉移軌道，驗證算法的可靠性。該方法適用于搜索范圍較大的脈沖轉移軌道設計。其次利用正弦指數(shù)函數(shù)逼近小推力轉移軌跡的方法對小推力轉移軌道的初始設計方法進行研究，并且給出基于該方法的發(fā)射窗口搜索步驟。針對小推力轉移軌道和目標小行星投射軌道在參考面內的交點求解問題，給出定步長和定搜索方向的牛頓法求解方法。選取編號

3、99942的Apophis小行星為探測目標，給出2015-2025年間的發(fā)射窗口與小推力轉移軌道。該方法適用于小推力轉移軌道初始參數(shù)的快速求解。最后系統(tǒng)地研究偽譜法在小推力轉移軌道優(yōu)化設計中的應用。文中構造小推力軌跡優(yōu)化的偽譜法格式，通過偽譜離散，將連續(xù)軌跡優(yōu)化問題轉化為非線性規(guī)劃問題，并結合SNOPT求解器得到能量最優(yōu)的小推力轉移軌跡。選取編號4660的Nereus小行星為探測目標，給出地球-小行星之間的小推力轉移軌道。該方法可以有效