中国空间科学技术

›› 2016, Vol. 36 ›› Issue (6): 14-21.doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2016.0067

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对GEO卫星在轨加注的服务航天器组网方案优化

 蒙波1,*, 徐盛2, 黄剑斌1, 李志1, 庞羽佳1, 韩旭1   

  1. 1钱学森空间技术实验室，北京100094
    2北京跟踪与通信技术研究所，北京100094
  • 收稿日期:2016-06-03 修回日期:2016-09-22 出版日期:2016-12-25 发布日期:2016-11-24
  • 作者简介:*通讯作者：蒙波（1981-），男，高级工程师，mengbowawj@163.com，研究方向为卫星在轨服务与维护技术

Deploymentstrategyoptimizationofonorbitservicingsystemforrefuelinggeosynchronousorbitsatellites

 MENG  Bo1,*, XU  Sheng2,HUANG  Jian-Bin1,LI  Zhi1,PANG  Yu-Jia1,HAN  Xu1   

  1. 1QianXuesenLaboratoryofSpaceTechnology，Beijing100094，China
    2InstituteofTrackingandTelecommunicationsTechnology，Beijing100094，China
  • Received:2016-06-03 Revised:2016-09-22 Published:2016-12-25 Online:2016-11-24

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摘要： 对地球静止轨道（GeosynchronousOrbit，GEO）卫星在轨加注燃料以延长其工作寿命蕴含着巨大的经济价值，而执行加注任务的服务航天器在轨组网方案直接影响在轨加注任务全局。文章以GEO卫星为在轨服务对象，开展了提供加注服务的航天器最优组网方案研究。提出了1个燃料存储站加N个加注飞行器的服务航天器体系架构，燃料存储站承载大量燃料，长期在轨稳定运行；加注飞行器机动运行，执行对GEO卫星加注任务，当加注飞行器燃料不足时，返回燃料存储站获取燃料。燃料存储站的质量、运行轨道，加注飞行器的数目、质量与运行轨道、对GEO卫星提供加注的加注飞行器任务分配等是组网方案研究的重点，建立了以对GEO卫星加注任务的响应时间短、服务系统成本低为互斥评价准则的服务航天器组网方案的多目标优化设计数学模型，分析了组网方案优化问题的求解方法及流程，采用多目标粒子群算法对服务航天器组网方案进行了优化设计，通过分析一组非支配优化设计结果对于2个互斥评价准则的平衡性，提出了1个燃料存储站加4～6个加注飞行器的服务航天器最优组网方案。

关键词: 地球静止轨道卫星, 在轨加注, 燃料存储站, 加注飞行器, 组网方案, 优化

Abstract: Prolonglifespanofgeosynchronousorbit（GEO）satellitesbyrefuelingsatellitesonorbithaseconomicvalue.Asaresult,itisveryimportanttoassesstheon-orbitservicing（OOS）paradigmandoptimizeitsutilities.TheassessmentofOOSsystemforrefuelinggeosynchronoussatellitesandoptimizationmethodsofitsdeploymentstrategywerestudied.AnewarchitectureofOOSsystemwasproposed，whichincludedafuelstoragestationandNrefuelingspacecraft（1+N）.Thefuelstoragestationcarriedagreatdealoffuel，runningonorbitsteadily.TherefuelingspacecraftmaneuveredongeosynchronousorbitandimplementedtherefuelingmissionforGEOsatellites，whenthespacecraftransoutoffuel，itcametothestationandacquiredfuel.Theweightandorbitoffuelstoragestation，thenumber，weightandorbitofrefuelingspacecraftwerethekeyproblemsofdeploymentstrategy.ThemathematicmodelofoptimizationofthedeploymentstrategywhichshortentheresponsetimeofrefuelingGEOsatellitesandlowerthepriceofservicingsystemasmulti-objectiveswasconstructed.Thecalculationprocessoftheoptimizationwasanalyzed.Byanalyzingtheoptimizationresults，theoptimaldeploymentstrategyofservicingsystemcontainingafuelstoragestationand4-6refuelingspacecraftusedforrefuelingGEOsatelliteswasproposed.

Key words: geosynchronoussatellites, onorbitrefueling, storagestation, refuelingspacecraft, deploymentstrategy, optimization