电推进航天器的轨道转移优化设计.pdf

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1、第30卷第11期计算机仿真2013年11月文章编号：1006—9348(2013)11—0050—04电推进航天器的轨道转移优化设计韩威华1’2⋯，杨新1，姜萌哲3(1．中国科学院光电研究院，北京100094；2．中国科学院大学，北京100049；3．北京航天飞行控制中心，北京100094)摘要：在航天器的轨道转移优化设计问题的研究中，为提高设计系统的鲁棒性、时效性，建立了电推进连续小推力轨道转移优化的模型，设置了1个仿真系统场景，并应用Legendre伪谱法将仿真场景转化为非线性规划(nonlinearprogramming，NLP)问题，采用Matlab的SNOPT软件包进行仿

2、真。同时，估计了协变量，对Legendre伪谱法求解的最优性进行验证，并应用间接法复核仿真场景。分析对比两种方法的仿真过程及结果可见，Legendre伪谱法对初值不敏感，鲁棒性强，收敛快，具备实时控制潜力，适合用于电推进航天器的轨道优化设计。关键词：电推进；轨迹优化；轨道转移；勒让德伪谱法；间接法中图分类号：V411．8文献标识码：BOrbitTransferOptimizationDesignforSpacecraftofElectricPropulsionHANWei—hual，2⋯，YANGXinl，JIANGMeng—zhe3(1．AcademyofOpto—Electro

3、nics，CAS，Beijing100094，China；2．UniversityofChineseAcademyofSciences，Beijing100049，China；3．BeijingAerospaceFlightControlCenter，Beijing100094，China)ABSTRACT：Electricpropulsionispromisingasacrucialtechnology，andtheoptimalorbittransfertrajectorydesignforcontinuous—thrustisoneofitsdevelopingdirecti

4、ons．But，generalmethodsarenotsuitableforfragility，time—con—sumingornon-optimality．Atfirst，themodeloforbittransferoptimizationusingcontinuous—thrustwasbroughtout．Then，themodelwastransformedintononlinearprogramming(NLP)problembyLegendrepseudospectralmethodwhichispresentedrecentlyasanovelalgorithm

5、，andtheNLPWassolvedbySNOPTbasedonMatlab．Inthemeantime，throughcostateestimate，theoptimalityofthesolutionwasachievedandanalyzed．Also，theproblemWassolvedthroughgeneralindirectshootingmethods．ThesimulationandtheobtainedoutcomesdemonstratethattheLeg—endrepseudospectralmethodisrobust，quicklyconverge

6、d，andpotentialforin—timecontr01．Asaconsequence，theLegendrepseudospectralmethodissuitableforoptimaltrajectorydesignofelectricpropulsionthrust，anditwillplayanimportantroleinthespaceflightprojectssoon．KEYWORDS：Electricpropulsion；Trajectoryoptimization；Orbittransfer；Legendrepseudospectralmethod；In

7、directmethods1引言与传统化学推进相比，电推进技术最大优势在于其高比冲和可以长时间工作的特性，大大减少推进工质质量，对于航天飞行总冲量需求大的任务，如频繁变轨和长期轨道保持，是非常有前途的推进方式。20世纪60、70年代起，电推进技术开始应用于地球同步轨道卫星的位置保持，使卫星在轨寿命提高到15年以上⋯l。1998年，美国的DeepSpace1探测器发射升空。2。，首次验证了电推进作为主推进的实际应基金项目：中国科学院光电研究院自主部署研究生创新基金“雏鹰