多任務(wù)深空探測(cè)軌道設(shè)計(jì)優(yōu)化方法研究.pdf

1、一次飛行任務(wù)探測(cè)多個(gè)目標(biāo)是實(shí)施未來(lái)深空探測(cè)任務(wù)的重要發(fā)展思路和途徑，軌道設(shè)計(jì)優(yōu)化是深空探測(cè)技術(shù)的關(guān)鍵問(wèn)題之一。論文以多任務(wù)深空探測(cè)問(wèn)題為背景，對(duì)深空脈沖與小推力軌道優(yōu)化、引力輔助系列探測(cè)任務(wù)優(yōu)化、多小行星遍歷交會(huì)優(yōu)化等問(wèn)題進(jìn)行了研究。主要研究成果如下：
　　發(fā)展了深空探測(cè)脈沖軌道機(jī)動(dòng)優(yōu)化方法。在深空脈沖機(jī)動(dòng)軌道設(shè)計(jì)中引入了小推力可實(shí)現(xiàn)性約束，研究給出了考慮該約束的最優(yōu)脈沖機(jī)動(dòng)軌道設(shè)計(jì)方法；建立了發(fā)射窗口與多脈沖轉(zhuǎn)移軌道一體化設(shè)計(jì)模

2、型，提出了基于多目標(biāo)進(jìn)化算法的設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，該方法可以快捷地揭示任務(wù)總體特征參數(shù)之間的關(guān)系和特性，對(duì)實(shí)際任務(wù)設(shè)計(jì)具有較好的應(yīng)用價(jià)值。
　　提出了兩類(lèi)簡(jiǎn)單高效的深空探測(cè)小推力軌道優(yōu)化方法。提出了一類(lèi)綜合使用直角坐標(biāo)連續(xù)推力模型和球坐標(biāo)固定推力模型的最優(yōu)小推力交會(huì)直接法優(yōu)化策略，并通過(guò)與偽譜法的優(yōu)化結(jié)果比較驗(yàn)證了該策略的全局最優(yōu)性和效率；綜合了求解兩點(diǎn)邊值問(wèn)題的同倫法和不同優(yōu)化算法的優(yōu)點(diǎn)，提出了燃料最優(yōu)小推力最優(yōu)交會(huì)兩點(diǎn)邊值問(wèn)題的混合

3、法全局優(yōu)化策略，該方法可以較為可靠地獲得bang-bang最優(yōu)推力曲線。
　　發(fā)展了含引力輔助機(jī)動(dòng)系列探測(cè)任務(wù)軌道設(shè)計(jì)優(yōu)化方法。建立了利用大行星多次引力輔助的深空多脈沖交會(huì)軌道優(yōu)化模型，探討了大行星之間順訪小行星系列的優(yōu)化變量選擇問(wèn)題，給出了基于微分進(jìn)化算法的優(yōu)化策略；以第三屆全國(guó)深空軌道大賽問(wèn)題為背景，給出了一個(gè)典型的利用引力輔助探測(cè)多個(gè)大行星和小行星的系列任務(wù)軌道優(yōu)化問(wèn)題的求解方法，該方法可從大量可能探測(cè)目標(biāo)庫(kù)中有效選擇較優(yōu)的

4、探測(cè)目標(biāo)及飛行序列。
　　提出了深空多小行星遍歷交會(huì)多目標(biāo)優(yōu)化方法。建立了多小行星遍歷交會(huì)的多目標(biāo)兩層混合整數(shù)非線性規(guī)劃模型，提出了綜合使用快速非優(yōu)超排序機(jī)制的混合編碼遺傳算法和多圈Lambert算法的求解策略；完成了18顆小行星遍歷交會(huì)問(wèn)題的求解，驗(yàn)證了提出方法的有效性，通過(guò)推進(jìn)劑最優(yōu)解與時(shí)間-推進(jìn)劑多目標(biāo)Pareto解前沿的對(duì)比，分析了多小行星遍歷交會(huì)的特性。
　　論文對(duì)深空探測(cè)脈沖機(jī)動(dòng)軌道和小推力機(jī)動(dòng)軌道優(yōu)化方法進(jìn)行了