《分離式衛星的模組群在軌動態布局設計理論與方法研究》是依託大連理工大學,由王奕首擔任醒目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：分離式衛星的模組群在軌動態布局設計理論與方法研究
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王奕首
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
分離式衛星是美國軍方近年提出的一種面向太空快速回響作戰的新概念太空飛行器，它將傳統衛星按功能分解為物理上獨立的可增刪及重新組合的在軌模組群。它的在軌布局非傳統靜態布局，而是動態布局。本項目研究分離式衛星的模組群在軌動態布局設計，它影響到分離式衛星能量傳輸效率和通信可靠性等性能，重點研究其複雜動態布局設計建模和求解，具體包括：(1)基於軌道環裝填(Packing)和擬設備布置相結合的建模方法，並考慮描述模型和問題求解模型的功能，研究實現基於周期和事件驅動的動態布局回響策略；(2)研究面向動態環境的雙進化雙促進的多種群協同策略和自適應導向搜尋機制，並集成於進化算法，構成複雜動態布局問題的高效求解算法；(3)構建分離式衛星的模組群在軌動態布局設計與仿真系統原型。旨在為解決分離式衛星應對任務需要或未料變化的在軌機動的關鍵問題提供方法，並期望有助於促進一類分離式太空飛行器在軌動態布局設計理論及套用研究進展。
結題摘要
分離式衛星是美國軍方近年提出的一種面向太空快速回響作戰的新概念太空飛行器，它將傳統衛星按功能分解為物理上獨立的可增刪及重新組合的在軌模組群。它的在軌布局非傳統靜態布局，而是動態布局。本項目研究分離式衛星的模組群在軌動態布局設計，它影響到分離式衛星能量傳輸效率和通信可靠性等性能，重點研究其複雜動態布局設計建模和求解，主要取得了如下的研究成果： (1)提出了一種基於軌道環裝填(Packing)和擬設備布置相結合的建模方法，將動態布局轉變為相對靜態布局，簡化了問題求解難度。針對擬軌道環Packing問題具有組合最佳化特性，本項目提出了兩種智慧型求解方法：基於改進啟發式方法和物理模型調整策略的快速啟發式並行蟻群算法和基於布局模式的粒子群最佳化算法。針對軌道環具有周期性，將上述擬設備布置問題歸結為一類環型設備布局問題，本項目給出一種稱之為設備相對位置整數編碼的差異算法（DE），解決了用實數編碼算法求解時編碼空間遠大於環形布置問題的解空間的問題，並減少無效編碼。借鑑蟻群社會的應急回響原理，提出一種面向快速回響的仿蟻群社會建模方法，旨在探索FSMDL動態回響策略。 (2)研究了動態環境下多種群協同策略和自適應搜尋機制。多種群協同機制的本質是提取多個種群中的對於全局最佳化具有決定作用的個體以形成相應的多知識體，進而為多種群協同進化提供指導。本項目提出了一種基於粒子群算法的粗糙集多知識約簡方法以形成多知識體，為布局多知識提取提供方法；提出了一種基於對立學習和高斯變異的合作式協同進化差異算法。針對自適應搜尋機制，提出了一種基於知識的自適應搜尋機制，並將該機制與散射搜尋算法相結合，形成基於知識的散射搜尋布局最佳化方法；提出了一種新的基於主元分析的分布估計算法。 (3)研究了衛星有效載荷配置和布局集成化設計方法，並在前期工作基礎上，在太空飛行器動力學與控制仿真平台上集成了分離式衛星的模組群在軌動態布局設計算法，搭建了相應了仿真系統原型。 本項目旨在為解決分離式衛星應對任務需要或未料變化的在軌機動的關鍵問題提供方法，並期望有助於促進一類分離式太空飛行器在軌動態布局設計理論及套用研究進展。
