載人小行星探測轉(zhuǎn)移軌道設(shè)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(jīng)歷是載人登月任務(wù)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(zhuǎn)移軌道的設(shè)計與優(yōu)化是探測任務(wù)設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)之一，本文根據(jù)載人深空探測任務(wù)的特點，對行星際轉(zhuǎn)移軌道的設(shè)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(zhuǎn)移軌道的能量等高圖，得到探測器的初始轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)移軌道設(shè)計。其次利用正弦指數(shù)函數(shù)逼近小推力轉(zhuǎn)移軌跡的方法對小推力轉(zhuǎn)移軌道的初始設(shè)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(zhuǎn)移軌道和目標小行星投射軌道在參考面內(nèi)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(zhuǎn)移軌道。該方法適用于小推力轉(zhuǎn)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(zhuǎn)移軌道優(yōu)化設(shè)計中的應用。文中構(gòu)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(zhuǎn)化為非線性規(guī)劃問題，并結(jié)合SNOPT求解器得到能量最優(yōu)的小推力轉(zhuǎn)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(zhuǎn)移軌道。該方法可以有效