中国空间科学技术

中国空间科学技术 ›› 2017, Vol. 37 ›› Issue (2): 35-43.doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2017.0067

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圆轨道航天器在轨加注任务空间燃料站部署问题

 朱啸宇1, 乔兵1，*, 张庆展2, 靳永强2, 谭迎龙1   

  1. 1南京航空航天大学航天学院，南京210016
    2上海宇航系统工程研究所，上海201109
  • 收稿日期:2016-11-26 修回日期:2016-12-30 出版日期:2017-06-25 发布日期:2017-01-24
  • 作者简介:朱啸宇（1992-），男，硕士研究生，963374058@qq.com,研究方向为航天器在轨服务 *通讯作者：乔兵（1967-），男，博士，副教授，bqiao@nuaa.edu.cn，研究方向为智能机器人学、空间机器人、航天器自主在轨服务技术和模块化航天器设计
  • 基金资助:

    上海航天创新基金（2015019）；南京航空航天大学校开放基金（KFJJ20151506）

Missionschedulingformultiplespacecraftrefuelingbasedonspacefuelstationincircularorbits

 ZHU  Xiao-Yu1, QIAO  Bing1，*, ZHANG  Qing-Zhan2, JIN  Yong-Qiang2, TAN  Ying-Long1   

  1. 1CollegeofAstronautics，NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016，China
    2InstituteofAerospaceSystemEngineeringShanghai，Shanghai201109，China
  • Received:2016-11-26 Revised:2016-12-30 Published:2017-06-25 Online:2017-01-24

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摘要： 在轨服务技术因在航天器故障修复、寿命延长及军事方面有重大辅助作用而越来越受到各航天大国的重视，作为在轨服务技术重要组成部分的在轨燃料补给技术也越来越受到关注。文章针对圆轨道航天器在轨燃料加注任务，将空间燃料站技术与多目标在轨加注技术相结合，对基于燃料站的在轨加注模式进行了研究，提出了一种基于聚类分析的在轨加注任务调度及优化算法。通过对双脉冲轨道转移问题的求解与分析，获得了轨道转移速度增量和轨道参数之间的关系，在此基础上分析了圆轨道航天器在轨加注任务调度问题，并根据调度模型的变量和约束关系，建立了圆轨道航天器在轨加注任务多目标规划模型，并采用免疫遗传算法对加注任务调度空间燃料站选址问题进行了研究。以30颗目标航天器的在轨加注任务为例进行了数值仿真，并由燃料消耗的计算结果验证了算法的有效性。

关键词: 圆轨道航天器, 在轨加注, 任务调度, 多目标规划, 聚类算法, 空间燃料站

Abstract: Asthedevelopmentofspacetechnology，thedemandforspacetransportationsystembecomeslargerandmorevarious，on-orbitrefuelinghasbeenanewandindependentdevelopingdirectioninordertoreducethelaunchcosts，mitigatespacedebrisandimprovethepayloadoflaunchvehicle.Thedevelopmentofmethodologieswasfocusedtogenerateoptimaltrajectoriesandschedulesforrefuelingconstellationsofrefuelingspacecraft.Anon-orbitreusablerefuelingpolicyanditsmissionschedulingformultiplespacecraftincircularthroughaspacefuelstationwerepresented.Inordertoestablishtheschedulingmodelfortheon-orbitrefuelingofmultiplecircularspacecraftorbitthroughaspacefuelstation，therelationshipbetweenthevelocitychangeandorbitalelementsfortransferringofservicespacecraftwasfirstlyobtainedbasedontheanalysisoftheproblemoftwoimpulsesorbitalmaneuver.Amulti-objectiveoptimizationmodelformissionschedulingofon-orbitrefuelingformultiplespacecraftincircularorbitswasdevelopedtooptimizeboththesequenceandtimedistributionoftherefuelingmission，andaspecificaldesignalgorithmwasemployedtosearchthesolutionstothemulti-objectiveoptimizationproblem.Toverifytheeffectivenessoftheproposedschedulingalgorithm，acomputersimulationthataimsatschedulingamissionofon-orbitrefuelingfor30spacecraftincircularorbitswasconducted.

Key words: circularspacecraft, on-orbitrefueling, missionscheduling, multi-objectiveprogramming, clusteranalysis, spacefuelstation