多目標小行星探測軌道整體化設計理論研究

《多目標小行星探測軌道整體化設計理論研究》是依託清華大學，由蔣方華擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：多目標小行星探測軌道整體化設計理論研究
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：蔣方華
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

小行星探測具有重大的科學意義，軌道設計是其中一項關鍵的技術難題，電推進、行星借力、多目標探測等是待驗證而受推崇的技術。項目研究電推進作用下多任務小行星探測整體化軌道設計與最佳化的理論方法。探測軌道具有橫跨小時到年、米到天文單位的時空尺度，動力學模型包括N體引力、太陽光壓力等不同強度的攝動力，具有很強的非線性。為了使脈衝軌道設計理論用於連續推力推進，首先研究脈衝與連續推力之間等效的定量規律。再研究利用多次行星借力、中途探訪多顆小行星的含有大量內點約束及控制約束的連續推力軌跡最佳化設計算法。進一步，將行星借力、小行星繞飛建模為過程問題，研究含有路徑約束的軌道最佳化設計問題。最後，綜合上述研究，以近地威脅天體軌道偏移、多顆小行星繞飛並採樣返回等科學任務為背景，研究整體的軌道最優控制策略。旨在探索一套全面且高效的軌道最佳化設計的理論方法和計算軟體，為我國未來的小行星探測提供軌道設計方面的理論

結題摘要

小行星探測具有重大的科學意義，軌道設計是其中一項關鍵的技術難題，電推進、行星借力、多目標探測等是待驗證而受推崇的技術。項目研究電推進作用下多任務小行星探測整體化軌道設計與最佳化的理論方法。項目首先研究了脈衝與連續推力之間的等效問題，給出了等效關係式，用於求解GTOC7的問題，獲得了第5名。其次，開展了複雜動力學模型和複雜控制約束下的軌道最佳化研究，對太陽帆連續小推力探測火星和小行星的時間最優軌跡最佳化問題進行了研究，得出了相關參數的影響特點，並以第六屆全國空間軌道設計競賽題為例，研究了多天體引力場模型下的小行星採樣返回最優軌道設計問題。再次，開發了一種含多內點約束及控制約束的軌道最佳化設計算法，以GTOC7提交的結果為題，提煉後的結果能夠提高項目組的排名，並且在GTOC8中獲得了創造了國內最好成績紀錄——亞軍。最後，工程套用性地研究了以火星探測為背景的繞火星及推廣到繞類地行星的小推力人工凍結軌道和人工太陽同步軌道的最佳化設計問題，明確了繞水星、金星、地球、火星的人工軌道設計的異同。通過研究，項目組形成了一套全面且高效的軌道最佳化設計的理論方法和計算軟體，能夠為我國未來的小行星探測提供軌道設計方面的理論。