摘要：针对星座卫星寿命结束后转变为大规模碎片的主动清理问题,提出一种多目标飞越方案,以SL(StarLink)星座为例设计从停泊轨道出发对多个轨道面、多枚碎片的飞越探测最优轨道。首先根据SL星座的轨道特征将目标按照轨道面进行聚类,然后根据球面几何关系和Gibbs公式对轨道机动参数进行降维,在开普勒运动假设下快速设计考虑航天器空飞、套圈飞行的单脉冲飞越多目标的轨道机动参数初值。最后基于分支定界广度优先方法,考虑J2引力摄动搜索单脉冲飞越双目标的飞行序列,得到燃耗最小的飞越轨道。数值仿真结果表明航天器通过24次轨道机动后,共飞越探测了48颗SL卫星,共需速度脉冲1.66 km/s,飞行时间9.64天,证明了所提出方法的有效性,为未来大规模空间碎片清理任务设计提供参考。

摘要：针对星间交叉定标和地面固定场地交叉定标两种辐射定标方案,利用卫星的轨道参数建立了交叉定标轨道模型,提出了定标交叉频次的计算方法。研究了各轨道参数对交叉频次的影响程度,经过分析限定了轨道高度、升交点赤经、纬度幅角是影响交叉频次的主要因素。提出了基于遗传算法的服务于多目标载荷轨道的基准载荷轨道优化方法,通过选择合适的适应度函数,优化得到的基准载荷轨道相较于未优化前,单位仿真周期内总体交叉频次和对各目标载荷的交叉均匀度都有明显改善。仿真分析结果有助于开展服务多目标载荷的基准载荷轨道优化设计。

摘要：针对采用伴飞模式的星座燃料补给问题,本文对其补给星的轨道进行了设计与优化。在给出补给星的轨道设计之后,利用遗传算法对补给星轨道机动所消耗的燃料质量以及每次转移给工作星的燃料质量进行了优化求解,使得补给星燃料利用率达到最高。仿真结果同时给出了燃料利用率与工作星轨道高度以及星座中卫星数目之间的关系,该结论对采用伴飞模式的星座燃料补给研究提供了较好的理论参考。

摘要：天基对地打击动能武器(SGKW)用于从太空对地面高价值战略目标进行快速、准确的打击.针对燃料最省要求,研究了SGKW共面打击轨道优化设计方法,建立了SGKW的无量纲化平面运动模型,利用庞特里亚金极大值原理将燃料最省共面打击轨道的最优控制问题转化为两点边值问题.由于约束条件中存在优化参数,一种基于"遗传算法+序列二次规划"的组合优化算法被用于求解未知参数.仿真结果表明,该方法可有效克服传统优化方法的初值敏感问题,且在过渡段轨道中加入无动力滑行段可以有效降低飞行器的燃料消耗.

摘要：针对三维空间交会对接中的异面非圆轨道转移规划问题,提出了一种基于粒子群算法(PSO)的多脉冲异面交会对接能量最优的转移轨道优化算法。该算法以二体动力学方程及脉冲变轨理论构造空间多脉冲异面交会对接优化模型;通过引入Lambert算法处理终端约束条件,减少未知变量的个数从而简化问题。然后,将追踪飞行器变轨过程中脉冲的作用时刻、方向、大小设计成待优化变量,以交会对接过程中消耗能量、终端约束条件等为目标函数,基于PSO优化了最省燃料转移轨道。在MATLAB中对四脉冲交会对接问题进行了仿真测试,并与相同初始条件下,采用Lambert算法的双脉冲交会对接仿真结果进行了对比。结果显示:在本文所给算例条件下,采用PSO优化的四脉冲交会对接过程所需速度增量为4.4243km/s,而采用Lambert算法的双脉冲对接过程所需速度增量为11.2691km/s,前者节省了60%的能量。数据表明,设计方案有效节省了燃料消耗,从而证明了设计方法的有效性。

摘要：针对空间攻防中目标卫星周围由若干小卫星以编队形式绕飞的情况,研究了拦截卫星的轨道规划问题。以配备电推进的连续推力拦截卫星为对象,提出了基于遗传算法的拦截卫星攻击轨道寻优方法。以编队小卫星的动态防御模型作为环境模型,根据进攻轨道安全性和节省燃料的要求建立综合适应度函数,并对算法的编码方式、选择算子、交叉算子和变异算子进行了设计。基于MATLAB平台进行了仿真试验,结果表明,拦截卫星于650s时击中目标卫星,总开机时间为410s。提出的算法能够寻找到最优攻击路径,并且算法收敛性速度快,稳定性高。与同类的研究方法相比,该算法能够有效减少火箭开机时间,进而减轻了卫星在轨道机动过程中姿态调整的任务负荷。

摘要：在空间攻防与卫星对抗中,当目标卫星周围有若干小卫星以编队形式对其绕飞时,为使拦截卫星成功击中目标卫星,并且避开编队小卫星的防御区,必须对拦截卫星攻击轨道进行规划。寻找到一条既能满足安全性、快速性,又能节省燃料的最优路径。而利用经典数学规划方法,如序列二次规划方法,虽能寻找到最优路径,但并不适应于解决空间对抗中复杂攻防环境模型下的轨道规划问题。为此本文提出基于遗传算法的拦截卫星攻击轨道寻优方法。建立目标卫星编队小卫星的动态防御模型作为环境模型,采用可变长度实数编码方式,根据攻击轨道安全性、快速性、燃料消耗最少等要求建立综合适应度函数,并对遗传算子及置换运算方法进行设计。通过仿真验证,本文提出的轨道优化方法能够寻求到最优攻击路径,并且算法收敛速度较快。

摘要：为了满足探月器软着陆过程中轨道实时生成的要求,研究了伪光谱方法在月球软着陆轨道优化设计中的应用。在模型处理方面,根据月球软着陆轨道的特征和优化算法的特点,对探月器软着陆轨道状态方程进行了合理的简化和转化处理,使其更适合优化数值算法求解。在算法方面,使用伪光谱方法将软着陆轨道优化问题转化为一个约束参数优化问题,并采用乘子法处理约束条件,采用变尺度法求解处理后的参数优化问题。最后,对基于伪光谱方法的月球软着陆轨道优化进行了数值仿真计算,并用极小值原理验证了仿真所得的轨道是最优轨道。结果表明,该优化处理方法具有收敛速度快、对初始控制量不敏感、鲁棒性强等优点。

摘要：将一种求解最优控制问题的新方法—高斯伪谱法(Gauss Pseudospectral Method-GPM)和传统的直接打靶法有效结合,对月球着陆器定点软着陆轨道快速优化问题做出了研究。推导了高精度模型下着陆动力学方程。针对优化方法各自的特点和多约束条件下最优月球软着陆轨道设计的难点,提出了问题求解的串行优化策略:将控制变量和终端时间一同作为优化变量,同时离散控制变量与状态变量,取较少的Gauss节点,利用GPM求解初值,初值的求解采用从可行解到最优解的串行优化策略;在Gauss节点上离散控制变量,利用直接打靶法求解精确最优解。仿真结果表明,本文提出的轨道优化方法具有较强的鲁棒性和快速收敛性。

摘要：探测小行星转移轨道的设计不同于传统的飞行器轨道设计,由于需要更多的能量,仅依靠冲量轨道转移难于实现,针对此问题,以近地小行星3288 Seleucus为例,采用了先将飞行器递推至以2 a为周期的日心大椭圆轨道的远日点,加深空机动使之再次与地球相遇,进行借力飞行的轨道转移技术,设计了其转移轨道.为了进一步减少此探测任务在轨道转移方面所需的总的能量,采用了变分与主矢量原理推导出了总的速度增量对自由变量的偏导数,把复杂的多维非线性轨道优化问题归结为一个多维参数优化问题,并利用梯度下降法,对所设计的探测3288 Seleucus小行星的转移轨道方案进行了优化.数学仿真结果表明:这种地球借力飞行的轨道转移技术可有效的降低完成任务所需的总能量,特别是发射时所需的能量.