中国空间科学技术 ›› 2025, Vol. 45 ›› Issue (4): 131-143.doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2025.0065
付亮勇1,2,陈守磊1,2,陆栋宁1,2,刘一武1,2,*
FU Liangyong1,2,CHEN Shoulei1,2,LU Dongning1,2,LIU Yiwu1,2,*
摘要: 针对传统间接法与直接法难以高效地设计连续小推力航天器在引力辅助机动下与目标天体交会的复杂行星际任务轨迹的问题,研究了一种利用有限傅里叶级数对位置状态逼近的快速优化设计方法。该方法在解析满足边界条件下,以燃料最优为性能指标,将轨迹优化设计问题转化为一个满足系统推力约束和引力辅助约束的低计算量非线性规划问题,极大地提高了求解效率;并提出了飞行轨迹圈数可行区间估计策略来解决形状法的最优性受飞行轨迹圈数影响,而当前飞行轨迹圈数依赖经验试凑的缺陷;同时提出了一种整体迭代优化和分段优化策略来解决形状法对多引力辅助机动下的复杂小推力轨迹难以准确逼近,最优性下降的问题。通过对比有无引力辅助交会轨迹设计和单、多次引力辅助交会轨迹设计的仿真结果,证明了该方法及相应策略的可行性和高效性;在不依赖任何先验信息下,该方法可以在数秒内设计出合理的三维小推力交会轨迹,以及在数十秒内设计出合理的三维小推力单、多次引力辅助交会轨迹。