地球-火星轉(zhuǎn)移軌道設(shè)計(jì)與優(yōu)化技術(shù)研究.pdf

1、火星探測(cè)是近年來深空探測(cè)領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域之一。地球-火星轉(zhuǎn)移軌道的設(shè)計(jì)與優(yōu)化是順利實(shí)施火星探測(cè)任務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)之一。以化學(xué)推進(jìn)系統(tǒng)為代表的脈沖轉(zhuǎn)移技術(shù)成熟、操作簡(jiǎn)單且得到多次飛行驗(yàn)證，至今仍是航天任務(wù)的首選轉(zhuǎn)移方式；以電推進(jìn)系統(tǒng)為代表的小推力轉(zhuǎn)移由于比沖高、質(zhì)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(guān)注。文中以火星探測(cè)為潛在的研究背景，圍繞脈沖轉(zhuǎn)移和小推力轉(zhuǎn)移展開了詳細(xì)地專題研究，具體研究?jī)?nèi)容如下：
　　首先

2、，基于二體模型，求解Lambert問題，繪制改進(jìn)的地球-火星脈沖直接轉(zhuǎn)移軌道的能量等高線圖；根據(jù)能量等高線圖確定航天器的發(fā)射窗口，并選擇一對(duì)最優(yōu)的“發(fā)射時(shí)間——到達(dá)時(shí)間”序列對(duì)，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(zhuǎn)移軌道的設(shè)計(jì)。同時(shí)，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(zhuǎn)移軌道設(shè)計(jì)。數(shù)值仿真結(jié)果表明，同傳統(tǒng)的方法比較，本文提出的方法更適合進(jìn)行大時(shí)間跨度的脈沖轉(zhuǎn)移軌道設(shè)計(jì)。
　　其次，基于

3、指數(shù)正弦曲線成形法，改進(jìn)Izzo給出的關(guān)于初始飛行角的數(shù)值解法，并結(jié)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(zhuǎn)移軌道初始設(shè)計(jì)。接著，基于逆6次多項(xiàng)式法并結(jié)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(huì)軌道的初始設(shè)計(jì)。仿真結(jié)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(shí)飛行軌跡，是一類存有解析解的高效的小推力軌道初始設(shè)計(jì)方法。
　　最后，分別采三種偽光譜算法，將地球-火星小推力轉(zhuǎn)移軌道的優(yōu)化問題