气动砰击异面辅助变轨轨迹优化问题研究.pdf

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1、第33卷2016年第1期上海航天AEROSPACESHANGHAl文章编号：1006—1630(2016)o卜o001一05气动砰击异面辅助变轨轨迹优化问题研究史晓宁1，荣思远2，白瑜亮2(1．中国运载火箭技术研究院，北京lO0076；2．哈尔滨工业大学航天学院，黑龙江哈尔滨150001)摘要：对I。EpLE0轨道转移任务对航天器气动砰击异面辅助变轨的轨迹优化进行了研究。在优化求解过程中将大气层内的无动力下降段轨迹与之后三段轨迹分开考虑而转为二层优化问题。分析了气动砰击异面辅助变轨的燃料消耗，讨论了不同发动机最大推力对大气层内的飞行轨迹、飞行速度、驻点热流等的影

2、响。仿真结果表明：气动砰击异面辅助变轨在降低燃料消耗、解决飞行器热防护问题，以及提高航天器轨道机动能力上有较大的优势。关键词：空间机动飞行器；气动砰击；最优轨迹；异面辅助变轨；二层优化问题中图分类号：V448．23l文献标志码：AResearchonCoplanarAerobangOrbitTransferTrajectoryOptimizeProblemSHIXiao—nin91，RONGSi—yuan2，BAIYu一1ian92(1．ChinaAcademyofI。aunchVehicleTechnology，Be幻ing100076，China；2．Sch

3、ool。fAstronautics，HarbinInstituteofTechnology，Harbin150001，Heilongjiang，China)Abstract：ThecoplanaraerobangorbittransfertrajectoryoptimizationofspacecraftalmingattheLE0一LE0orbittransfermissionwasstudiedinthispaper．Thetrajectoryofnon—powerwasseparatedwiththetrajectoriesofthelaterthrceo

4、thcrsintheprocessofoptimization，whichwastransformedintoatwo—leveloptimizatio“problem．Thefuelconsumptlonofthecoplanaraerobangorbittransferwasanalyzed，andtheinfluenceofmaximumenginethrustonflightpath，flightspeedandheatingrateinatmospherewasdiscussed．Thesimulationresultsshowedthatcoplan

5、araerobangorbittransferhadgreatadvantagesinreducingfuelconsumption，solvingspacecraftthermalprotectionproblemsandimprovingthespacecraftin—orbitmobility．Keywords：Spacemaneuvervehicle；Aerobang；0ptimaltrajectory；Coplanaraerobangorbittransfertrajectory；Two一1eveloDtimization0引言具有气动力辅助协同机动变

6、轨能力的空间机动飞行器(AOTV)在执行空间轨道转移任务时，通过选择最佳的变轨策略可节省大量燃料，利于增加AOTV的空间轨道机动能力，从而满足长时间稳定在轨执行多任务的需求。因此，气动辅助变轨技术能为AOTV提供稳定的周期性天地往返运输能力，同时降低整个任务的运行成本n一。收稿日期：2015—0510；修回日期：2015—12一08基金项目：国家自然科学基金资助(11272101)；“十二五”国家民用航天科技计划作者简介：史晓宁(1984)，男，博士，主要研究方向为空间飞行器轨道动力学与控制。在20世纪60年代，LONDON提出了利用空气动力完成航天器轨道机动的

7、概念，之后研究者针对燃料最优气动辅助轨道机动开展了大量研究[2]。因航天器气动辅助变轨飞行段需在行星大气内完成，大气摩擦会使飞行器周围产生大量的热量，故近年来对气动辅助变轨技术研究的重点是能在完成轨道机动的同时既节省燃料，又能很好地解决航天器周围温度过高的问题[3。9]。其中：SEYwALD对考虑热流约束的最优气动辅助变轨进行了研究[10]。Ross，wALBERG等对考虑热流约束的最优气动巡航辅助变轨进行了研究，并解释了有动力气动巡航辅助变轨与无动力气动滑行辅助变轨方案的区别，指出在处理飞行器从LEO轨道转移至LEO轨上海航天AER()SPACESHANGHA

8、l第33卷2016年第1