載人小行星探測(cè)轉(zhuǎn)移軌道設(shè)計(jì)與優(yōu)化.pdf

1、載人小行星探測(cè)是脫離地球影響球的長(zhǎng)期行星際飛行，這種探測(cè)經(jīng)歷是載人登月任務(wù)無(wú)法替代的，也可以成為未來(lái)載人登陸火星的先導(dǎo)，具有重要的研究?jī)r(jià)值。行星際轉(zhuǎn)移軌道的設(shè)計(jì)與優(yōu)化是探測(cè)任務(wù)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)之一，本文根據(jù)載人深空探測(cè)任務(wù)的特點(diǎn)，對(duì)行星際轉(zhuǎn)移軌道的設(shè)計(jì)與優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行深入研究。
　　本文首先通過(guò)求解Gauss問(wèn)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(cè)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(jìn)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(hào)4660的Nereus小行星為探測(cè)目標(biāo)，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(yàn)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(jì)。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(duì)小推力轉(zhuǎn)移軌道的初始設(shè)計(jì)方法進(jìn)行研究，并且給出基于該方法的發(fā)射窗口搜索步驟。針對(duì)小推力轉(zhuǎn)移軌道和目標(biāo)小行星投射軌道在參考面內(nèi)的交點(diǎn)求解問(wèn)題，給出定步長(zhǎng)和定搜索方向的牛頓法求解方法。選取編號(hào)

3、99942的Apophis小行星為探測(cè)目標(biāo)，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(jì)中的應(yīng)用。文中構(gòu)造小推力軌跡優(yōu)化的偽譜法格式，通過(guò)偽譜離散，將連續(xù)軌跡優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為非線性規(guī)劃問(wèn)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(hào)4660的Nereus小行星為探測(cè)目標(biāo)，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