基于不變流形的小推力地—火軌道轉(zhuǎn)移優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、本文以火星探測為背景,研究了基于不變流形的小推力地-火軌道轉(zhuǎn)移的優(yōu)化設(shè)計問題。首先將軌道轉(zhuǎn)移分為地球停泊軌道到日-地Halo軌道轉(zhuǎn)移和日-地Halo軌道到日-火Halo軌道轉(zhuǎn)移兩個階段。然后主要從軌道轉(zhuǎn)移過程中流形入口和出口的選擇、小推力軌道轉(zhuǎn)移的快速設(shè)計方法以及軌道的進一步精確優(yōu)化等方面進行了研究,具體內(nèi)容包括:
　　針對小推力軌道優(yōu)化模型非線性強,傳統(tǒng)優(yōu)化算法收斂存在困難的特點,提出了逆多項式形狀算法結(jié)合遺傳算法的小推力軌道轉(zhuǎn)

2、移快速設(shè)計方法,可作為進一步精確優(yōu)化的初始值選擇方法。首先基于不變流形理論,給出了軌道轉(zhuǎn)移中流形入口和出口的選擇方法,然后采用逆多項式形狀算法簡化小推力軌道優(yōu)化模型,最后采用遺傳算法對相關(guān)軌道設(shè)計參數(shù)進行尋優(yōu)。將該方法應(yīng)用于本文的軌道設(shè)計任務(wù),實現(xiàn)了大范圍的快速軌道搜索。
　　針對形狀算法考慮的模型不夠精確,提出了基于直接配點法的小推力軌道轉(zhuǎn)移非線性規(guī)劃方法,以提高軌道設(shè)計優(yōu)化精度。首先采用直接配點法將最優(yōu)軌道轉(zhuǎn)移問題離散化為非線

3、性規(guī)劃問題,然后給出了采用形狀算法的優(yōu)化結(jié)果計算非線性規(guī)劃初始值的具體計算方法。最后采用該方法對本文的軌道任務(wù)進行了進一步的精確優(yōu)化,并將優(yōu)化結(jié)果與逆多項式形狀算法的設(shè)計結(jié)果進行了比較,結(jié)果表明:直接配點法能夠得到比形狀法更優(yōu)的性能指標(biāo),且直接配點法得到的非線性規(guī)劃問題,采用形狀算法提供的初始值具有初始約束誤差小,收斂速度快的特點。
　　針對配點法對初始狀態(tài)敏感的優(yōu)化問題收斂速度較慢,提出了基于Gauss偽譜法的最優(yōu)小推力軌道轉(zhuǎn)移