中国空间科学技术

中国空间科学技术 ›› 2015, Vol. 35 ›› Issue (6): 82-.doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2015.06.010

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升力式火星探测器进入轨迹优化设计仿真

刘涛, 南英, 胡海龙   

  1. （1南京航空航天大学航天学院，南京210016）（2上海航天八院八部，上海200000）
  • 收稿日期:2015-03-20 修回日期:2015-08-20 出版日期:2015-12-25 发布日期:2015-12-25
  • 作者简介:刘涛 1990年生，现为南京航空航天大学控制工程专业硕士研究生。研究方向为航天器轨迹优化与控制。

OptimalEntryTrajectoryDesignofWingedMarsProbe

 LIU  Tao, NAN Ying , HU  Hai-Long   

  1. (1SchoolofAstronautics,NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics,Nanjing210016) (2The8thInstituteofShanghaiAcademyofSpaceFlightTechnology,Shanghai210000)
  • Received:2015-03-20 Revised:2015-08-20 Published:2015-12-25 Online:2015-12-25

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摘要： 针对升力式火星探测器在其完成星际转移轨道之后，由预定进入点开始反冲制动改变运行轨道进入火星大气，设计并仿真了进入段的轨迹优化。根据火星的大气密度及引力场参数，建立相应的火星大气模型及引力场模型，确定了升力式火星探测器的运动方程。在满足进入过程的约束条件下，采用遗传算法对进入轨道进行优化设计，提出不同的推力发动机制动方案并进行分析比较。结果表明，采用推力方案二能够实现性能指标最优，并求得着陆速度为136m/s，最终实现了探测器在火星表面的软着陆。

关键词: 轨迹优化, 大气模型, 引力场模型, 遗传算法, 火星探测器

Abstract: ThispaperprovidesanoptimalentrytrajectoryofthewingedMarsprobe,rightafteritchangedtheorbitintotheMartianatmospherebrakedbyreversethrustengine.ThispaperestablishesMartianatmospheremodelandgravitationalfieldmodelcorrespondingonthedensityoftheMartianatmosphereandgravitationalfieldparameters,anddeterminedthedynamicequationsoftheMarsprobe.Withinalltheconstraintconditionsintheenteringprocess,thispaperdesignsanoptimalentrytrajectorybasedonthegeneticalgorithm.Inaddition,thispaperprovidesdifferentthrustengineschemethroughcomparingthem.Theresultsshowthatthesecondschemecanachievetheoptimalperformanceindexandthelandingspeedis136m/s,ultimatelyrealizingtheminimumconsumptionofenergyandaerodynamicheatemissionstructurequalityintheprocessofenteringandsoftlanding.

Key words: Trajectoryoptimization, Atmosphericmodel, Gravitationalfieldmodel, Geneticalgorithm, Marsprobe