中国空间科学技术

中国空间科学技术 ›› 2014, Vol. 34 ›› Issue (4): 1-7.doi: 10.3780/j.issn.1000.758X.2014.04.001

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基于多冲量能耗估算的小推力任务窗口搜索

 蒋小勇, 张洪波, 汤国建   

  1. 国防科学技术大学航天科学与工程学院，长沙 410073
  • 出版日期:2014-08-25 发布日期:2014-08-25

LowthrustMissionWindowSearchBasedonMultiimpulseEnergyEstimation

 JIANG  Xiao-Yong, ZHANG  Hong-Bo, TANG  Guo-Jian   

  1. CollegeofAerospaceScienceandEngineering,NationalUniversityofDefenseTechnology,Changsha410073
  • Published:2014-08-25 Online:2014-08-25

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摘要： 针对小推力轨道设计中任务窗口参数具有范围跨度大、非连续性强、对设计结果影响显著等特点，提出了一种基于多冲量能耗估算的任务窗口搜索方法。该方法基于多冲量轨道和小推力轨道的能耗一致性，先由朗伯特两冲量轨道经过数次迭代扩展快速获得多冲量轨道，再通过多冲量轨道能耗估算对任务区间进行全局栅格搜索，最终得到任务窗口的可行区域。仿真结果表明：1）该方法同时适用于交会和飞越任务；2）同朗伯特两冲量相比，它与小推力轨道能耗的一致性更强；3）同Sims和Flanagan最优多冲量相比，计算时间缩短了1~2个量级，计算效率显著提高。地球-火星交会任务的仿真应用表明，该方法只需8.59s即可获得任务窗口的可行区域，进而快速给出小推力最优转移轨道，验证了该方法的有效性。

关键词: 多冲量, 小推力, 转移轨道, 朗伯特问题, 能耗估算, 深空探测

Abstract: Amissionwindowsearchapproachwasproposedforthelowthrustmissionbasedonthemultiimpulseenergyestimation.Themultiimpulsetransfer,whichcanbeextendedrapidlyfromtheLambert′sbiimpulsesolutionwithinseveraliterations，wasemployedtoeffectivelysubstituteforalowthrusttrajectorydesign.Throughgridsearchofmultiimpulsetransfers,thefeasibleregionsofthemissionwindowwereobtained.Numericalresultsshowthat:1)theapproachissuitableforbothrendezvousandflybymissions;2)itsconsistencywithlowthrusttransferinenergyconsumptionisbetterthanthebiimpulsestrategy;3)itscomputationaltimeis1~2ordersofmagnitudelowerthanthatofSimsandFlanagan′sapproach.ItsapplicationtoanEarthMarsrendezvousmissionverifieditsvalidity.Thefeasibleregionsweregeneratedwithin8.59s,whichcanbereadilyusedtogenerateoptimallowthrusttrajectories.

Key words: Multiimpulse, Lowthrust, Transferorbit, Lambert′sproblem, Energyestimation, Deepspaceexploration