空间飞行器弹道/轨道一体化快速设计

王洁刚; 浦甲伦; 李源; 王铭泽

doi:10.3788/OPE.20182612.2923

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空间飞行器弹道/轨道一体化快速设计

微纳技术与精密机械 | 更新时间：2020-07-05

- 空间飞行器弹道/轨道一体化快速设计
- Fast trajectory-orbit unified design for spacecrafts
- 光学精密工程 2018年26卷第12期页码：2923-2929
- 作者机构：
  
  哈尔滨工业大学航天学院, 黑龙江哈尔滨 150001
- 作者简介：
  
  [ "王洁刚(1971-), 男, 河北雄县人, 研究员, 1995年于哈尔滨工业大学获得学士学位, 2005年于北京航空航天大学获得硕士学位, 主要从事飞行器总体设计方面的研究。E-mail:13901370775@163.com" ]
  浦甲伦(1979-)，男，黑龙江哈尔滨人，讲师，2001年、2008年于哈尔滨工业大学分别获得学士、博士学位，主要从事飞行器轨迹规划、导航制导与控制方面的研究.E-mail:nosay@hit.edu.cn PU Jia-lun. E-mail:nosay@hit.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(61403100);中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(HIT.NSRIF.2015.037);微小航天器技术国防重点实验室开放基金资助项目(HIT.KLOF.MST.201704);哈尔滨市科技创新人才专项基金资助项目(2015RQQXJ089)
- DOI：10.3788/OPE.20182612.2923
  中图分类号： V412.4
- 收稿日期：2018-07-02，
  
  录用日期：2018-8-30，
  
  纸质出版日期：2018-12-25
- 稿件说明：
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王洁刚, 浦甲伦, 李源, 等. 空间飞行器弹道/轨道一体化快速设计[J]. 光学精密工程, 2018,26(12):2923-2929.

Jie-gang WANG, Jia-lun PU, Yuan LI, et al. Fast trajectory-orbit unified design for spacecrafts[J]. Optics and precision engineering, 2018, 26(12): 2923-2929.
王洁刚, 浦甲伦, 李源, 等. 空间飞行器弹道/轨道一体化快速设计[J]. 光学精密工程, 2018,26(12):2923-2929. DOI： 10.3788/OPE.20182612.2923.

Jie-gang WANG, Jia-lun PU, Yuan LI, et al. Fast trajectory-orbit unified design for spacecrafts[J]. Optics and precision engineering, 2018, 26(12): 2923-2929. DOI： 10.3788/OPE.20182612.2923.

摘要

为了提高空间飞行器的快速入轨能力，满足空间飞行器弹道/轨道设计工作的快速、精确、可靠要求，对空间飞行器弹道/轨道一体化快速设计方法进行了研究。首先，对空间飞行器进行动力学建模，分析弹道/轨道一体化设计需要满足的过程约束和终端约束，给出空间飞行器的飞行时序；为保证求解效率，针对传统的弹道设计数值求解算法进行了创新改进，综合应用改进牛顿迭代法、Broyden秩1方法和最速下降方法，保证算法在初值不准的条件下仍能快速收敛；最后，研究了一种新的内外多层次求解策略，同时将弹道段和轨道段分轮进行一体化设计，进一步提高了算法的可靠性。仿真结果表明，本文所研究的空间飞行器弹道/轨道一体化快速设计方法可在30 s内实现弹道/轨道设计，设计精度为0.5 m。该设计算法可靠、快速、精确，可应用于空间飞行器的快速入轨设计中。

Abstract

To improve the rapid response of a spacecraft and ensure that its trajectory-orbit unified design meets the requirements of speed

accuracy

and reliability

a rapid trajectory-orbit unified design method for spacecrafts was studied. First

the dynamic model of a spacecraft was constructed. The process and terminal constraints required for a spacecraft's trajectory-orbit unified design were analyzed and its flight procedure was given. Then

the traditional trajectory design numerical solution was improved. Through application of the improved Newtonian

Broyden rank-1

and steepest descent methods

the convergence of the methods was ensured when the initial value wad incorect. Finally

a multi-step and multi-layer method was considered

and the algorithm was further improved. The simulation result reveals that the proposed rapid trajectory-orbit unified design method for a spacecraft can be executed in 30 s

and the design orbital precision is 0.5 m. The algorithm is reliable

rapid

and accurate

and can be applied to trajectory-orbit unified designs of rapid-response spacecrafts.

关键词

Keywords

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