基于脉冲调控的180°转角转移轨道不收敛的解决方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种行星际转移轨道设计方法，特别涉及一种基于脉冲调控的180° 转角转移轨道不收敛的解决方法，属于航空航天技术领域。
【背景技术】
[0002] 星际转移轨道设计是行星探测任务实施的关键环节。通过转移轨道设计，我们可 以获得地球发射日期h、行星交会日期12、地球逃逸脉冲八￥__与交会速度增量Avrad_us 等转移轨道的关键信息。星际转移轨道设计常用的方法是圆锥曲线拼接。根据二体轨道理 论，星际转移轨道可以划分为三段：地球逃逸轨道、绕太阳飞行的巡航轨道、目标行星的捕 获轨道。其中地球逃逸轨道和目标行星捕获轨道均为双曲线，绕太阳飞行的轨道为椭圆，实 施椭圆和双曲线轨道的拼接即可以完成轨道设计任务。然而，在行星际转移的大尺度下，地 球逃逸轨道和目标行星捕获轨道与探测器绕太阳漫长的飞行轨道相比，可以忽略不计。因 此，初始任务分析通常采用椭圆轨道来连接地球和目标天体。星际转移轨道设计的核心问 题是如何求解该椭圆轨道。
[0003] 针对该椭圆轨道问题的求解，Gauss[参见K.F.Gauss,Theoryofmotionof theheavenlybodiesmovingabouttheSuninconicsections,atranslationof theoriamotusbyC.H.Davis，DoverPublications，Inc.，NewYork，1963]，Battin[参见 R.H.Battin，Lambert'sproblemrevisited，AIAAJournal，1977, 15:707-713]等提出了 各种解析解和迭代方法[h]，称为Gauss算法。该算法可以概括为：
【主权项】
1. 一种基于脉冲调控的180°转角转移轨道不收敛的解决方法，其特征在于，包括如 下步骤： 步骤一，根据行星1逃逸日期h和目标行星到达时间12获得转移轨道初始位置R:和 末端位置R2; 步骤二，计算札和1?2夹角9,若170°彡0彡190°，则转到步骤三；否则，结束； 步骤三，通过下述优化模型寻找最优深空机动点位置氏和时间ti: min-Avescape+AVi+Avrendevous t^ 12 st.氏在行星1与目标行星轨道之间 其中，
步骤四，采用微分进化全局优化算法对步骤三的优化模型进行优化求解，获得最优深 空机动点的位置氏和时间t^
2. 根据权利要求1所述的一种基于脉冲调控的180°转角转移轨道不收敛的解决方 法，其特征在于：所述步骤1可以根据^和12通过查询JPL405星历获得转移轨道初始位置 札和末端位置R2。
3. -种基于脉冲调控的180°转角地球-火星转移轨道不收敛的解决方法，其特征在 于：包括以下步骤： 步骤一、通过地球逃逸日期h和火星到达时间12查询JPL405星历获得转移轨道初始 位置&和末端位置R2; 步骤二、计算RJPR2夹角9,若170°彡0彡190°，则转步骤3;否则，结束； 步骤三、设定下述优化模型中优化变量一一深空机动点位置氏和时间t,的取值范围； min-Avescape+AVi+Avrendevous 其中，
心和h的约束条件分别为t#t# 12,氏的三个分量Rix，Riy，Riz的取值范围为[-1. 5AU 1. 5AU]，[-1. 5AU1. 5AU]，[-0? 2AU0? 2AU]，其中AU为天文单位，1AU= 1. 4959X108km; 步骤四、采用微分进化全局优化算法对上述优化模型进行优化获得最优^和Ri，所述 微分进化全局优化算法的关键参数的设置及说明如下所述： (1) 期望达到的最小值为Okm/s; (2) 优化模型的变量个数为4,分别是三维位置矢量氏和标量ti; (3) 优化变量的上限和下限： 上限值[1. 5AU，1. 5AU，0? 2AU，t2]， 下限值[-1. 5AU，-1. 5AU，-0? 2AU，tj; (4) 种群数为20 ; (5) 迭代次数为300 ; (6) 交叉率为0.8。
【专利摘要】本发明涉及一种基于脉冲调控的180°转角转移轨道不收敛的解决方法，属于航空航天技术领域。本发明方法在180°转角附近情况下通过引入深空机动点，将行星1-行星2转移的整个转移轨道划分为行星1-深空机动点转移、深空机动点-行星2转移两段轨道，接下来对于以深空机动点划分的两段转移轨道由于其转角均小于180°，分别通过Gauss算法解决其转移问题；然后，通过对深空机动点时间ti和位置Ri寻优，以达到脉冲之和最小。对比Gauss算法，通过本发明方法能够找出当转角为180°附近时的低倾角、低脉冲转移轨道，从而获得更加真实和全面的行星-行星转移机会。
【IPC分类】B64G99-00
【公开号】CN104554828
【申请号】CN201510015223
【发明人】崔平远, 王亚敏, 乔栋, 尚海滨, 徐瑞
【申请人】北京理工大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月12日