基于不變流形的小推力地—火軌道轉(zhuǎn)移優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、本文以火星探測(cè)為背景,研究了基于不變流形的小推力地-火軌道轉(zhuǎn)移的優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題。首先將軌道轉(zhuǎn)移分為地球停泊軌道到日-地Halo軌道轉(zhuǎn)移和日-地Halo軌道到日-火Halo軌道轉(zhuǎn)移兩個(gè)階段。然后主要從軌道轉(zhuǎn)移過(guò)程中流形入口和出口的選擇、小推力軌道轉(zhuǎn)移的快速設(shè)計(jì)方法以及軌道的進(jìn)一步精確優(yōu)化等方面進(jìn)行了研究,具體內(nèi)容包括:
　　針對(duì)小推力軌道優(yōu)化模型非線(xiàn)性強(qiáng),傳統(tǒng)優(yōu)化算法收斂存在困難的特點(diǎn),提出了逆多項(xiàng)式形狀算法結(jié)合遺傳算法的小推力軌道轉(zhuǎn)

2、移快速設(shè)計(jì)方法,可作為進(jìn)一步精確優(yōu)化的初始值選擇方法。首先基于不變流形理論,給出了軌道轉(zhuǎn)移中流形入口和出口的選擇方法,然后采用逆多項(xiàng)式形狀算法簡(jiǎn)化小推力軌道優(yōu)化模型,最后采用遺傳算法對(duì)相關(guān)軌道設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行尋優(yōu)。將該方法應(yīng)用于本文的軌道設(shè)計(jì)任務(wù),實(shí)現(xiàn)了大范圍的快速軌道搜索。
　　針對(duì)形狀算法考慮的模型不夠精確,提出了基于直接配點(diǎn)法的小推力軌道轉(zhuǎn)移非線(xiàn)性規(guī)劃方法,以提高軌道設(shè)計(jì)優(yōu)化精度。首先采用直接配點(diǎn)法將最優(yōu)軌道轉(zhuǎn)移問(wèn)題離散化為非線(xiàn)

3、性規(guī)劃問(wèn)題,然后給出了采用形狀算法的優(yōu)化結(jié)果計(jì)算非線(xiàn)性規(guī)劃初始值的具體計(jì)算方法。最后采用該方法對(duì)本文的軌道任務(wù)進(jìn)行了進(jìn)一步的精確優(yōu)化,并將優(yōu)化結(jié)果與逆多項(xiàng)式形狀算法的設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行了比較,結(jié)果表明:直接配點(diǎn)法能夠得到比形狀法更優(yōu)的性能指標(biāo),且直接配點(diǎn)法得到的非線(xiàn)性規(guī)劃問(wèn)題,采用形狀算法提供的初始值具有初始約束誤差小,收斂速度快的特點(diǎn)。
　　針對(duì)配點(diǎn)法對(duì)初始狀態(tài)敏感的優(yōu)化問(wèn)題收斂速度較慢,提出了基于Gauss偽譜法的最優(yōu)小推力軌道轉(zhuǎn)移