一种基于混合动力的近地小行星交会任务轨道优化方法技术

本发明专利技术涉及一种基于混合动力的近地小行星交会任务轨道优化方法，所述轨道优化方法包括以下内容：建立太阳光压和太阳光电混合推进动力的小行星探测器动力学模型；基于物理规划和高斯伪谱法设计了一种小行星探测轨道优化方法。本发明专利技术的优点在于：采用物理规划框架，多目标轨道优化问题可以转化为反应设计者偏好的单目标优化问题。基于高斯伪谱法的迭代优化策略，可以有效解决交会轨道优化中诸多变量的初值问题。多目标优化仿真结果表明，混合动力小行探测器能够生成不同轨道形式实现最小燃料消耗和最短飞行时间。仿真还表明混合动力探测器连续交会四个近地小行星的任务周期为五年左右，比太阳帆探测器完成同样交会任务节省一年半左右。

【技术实现步骤摘要】
一种基于混合动力的近地小行星交会任务轨道优化方法
本专利技术涉及近地小行星探测
，尤其涉及一种基于混合动力的近地小行星探测器交会任务轨道优化方法。
技术介绍
近地小行星探测对于研究太阳系起源具有重要意义，另外，近地小行星也有碰撞到地球的危险，为了移除潜在的被碰撞的危险，近年来，许多国家都开展了小行星的探测研究；甚至提出了多个小行星连续探测计划以及近地小行星的观测任务，从而提高对近地小行星的认识，进而排除对地球的碰撞威胁。但是，目前多行星的交会探测方面存在着高成本和可行性较低的缺陷，因此，如何通过一种轨道优化方法来解决多行星交会中存在的问题，是现阶段急需解决的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种基于混合动力的近地小行星交会任务轨道优化方法，采用物理规划框架，将多目标优化问题转化为反应设计者偏好的单目标优化问题。基于高斯伪谱法的迭代优化策略，可以有效解决轨道优化中诸多变量的初值问题。本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：一种基于混合动力的近地小行星交会任务轨道优化方法，所述轨道优化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于混合动力的近地小行星交会任务轨道优化方法，其特征在于：所述轨道优化方法包括以下内容：/n建立太阳光压和太阳光电产生的混合推进的探测器动力学模型；/n基于物理规划的多目标优化方法结合高斯伪谱法的迭代优化方法实现多目标轨道优化，得到最优交会轨道和最优控制变量。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于混合动力的近地小行星交会任务轨道优化方法，其特征在于：所述轨道优化方法包括以下内容：
建立太阳光压和太阳光电产生的混合推进的探测器动力学模型；
基于物理规划的多目标优化方法结合高斯伪谱法的迭代优化方法实现多目标轨道优化，得到最优交会轨道和最优控制变量。


2.根据权利要求1所述的一种基于混合动力的近地小行星交会任务轨道优化方法，其特征在于：所述建立太阳光压和太阳光电产生的混合推进动力探测器动力学模型包括：
根据转换关系



将开普勒轨道六要素[aeiΩων]T转换为MEE变量y＝[p,f,g,h,k,L]T；
通过调节混合动力探测器的姿态来控制太阳光压和太阳光电的推力方向，从而在RTH参考坐标系中对混合动力探测器的控制变量进行定义；
通过太阳光压的控制变量将太阳光压产生的加速度在RTH坐标系中描述为
通过太阳光电的推进变量将太阳光电在RTH坐标系中产生的加速度描述为
将质量变量增加到状态变量中，并令X＝[y；m]，得到动力学方程


3.根据权利要求2所述的一种基于混合动力的近地小行星交会任务轨道优化方法，其特征在于：所述太阳光压的控制变量包括圆锥角α和方位角δ；所述太阳光电的推进变量包括推力圆锥角αT、方位角δT和推力大小T。


4.根据权利要求1所述的一种基于混合动力的近地小行星交会任务轨道优化方法，其特征在于：所述基于物理规划的多目标优化方法结合高斯伪谱法的迭代优化方法包括：
引入偏好函数到多目标问题的物理规划中，得到对综合目标满意度最优的设计点作为问题的最优解，进而将多目标问题转换为单目标优化问题；
通过高斯伪谱法求解单目标优化问题进行控制变量与状态变量的转换，并采用高斯伪谱法的迭代优化策略优化状态与控制变量。


5.根据权利要求4所述的一种基于混合动力的近地小行星交会任务轨道优化方法，其特征在于：所述引入偏好函数到多目标问题的物理规划中，得到对综合目标满意度最优的设计点作为问题的最优解，进而将多目标问题转换...

【专利技术属性】
技术研发人员：雍恩米，刘滔，郑凤麒，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51