子母型航天器抵近观测任务流程规划方法研究

doi:10.12305/j.issn.1001-506X.2023.12.24

摘要/Abstract

摘要：

针对复杂约束条件下子母型航天器在轨服务过程中的任务规划问题, 首先设计了子母型航天器飞行任务流程。其次, 在考虑时间、光照、距离限制等约束下, 提出了一套两层混合式优化方法。该方法上层采用改进自适应遗传算法来优化任务流程中不同阶段的时间节点, 下层通过多圈Lambert算法、双脉冲控制算法以及打靶修正法来优化上层时间节点固定情况下不同阶段的飞行轨迹, 从而解决不同场景下子母型航天器抵近观测任务流程规划问题, 并减少燃料消耗。最后, 将该方法应用到两个典型任务场景中, 通过仿真进一步验证了该任务规划算法设计的可行性和有效性。

关键词: 子母型航天器, 任务规划, 两层混合式优化方法, 自适应遗传算法

Abstract:

To address the task planning problem of parent-child spacecraft in orbit service under complex constraint conditions, the flight mission process of the parent-child spacecraft is designed. Firstly. Secondly, a two-level hybrid optimization method is proposed considering constraints such as time, lighting, and distance. The upper level of this method adopts an improved adaptive genetic algorithm to optimize the time nodes in different stages of the mission process. The lower level uses the multi loop Lambert algorithm, dual pulse control algorithm, and target correction method to optimize the flight trajectories of different stages under fixed time nodes in the upper level, thereby solving the problem of planning the approach observation mission process of parent-child spacecraft in different scenarios and reducing fuel consumption. Finally, the method is applied to two typical mission scenarios, and the feasibility and effectiveness of the mission planning algorithm design are further verified through simulation.

Key words: parent-child spacecraft, mission planning, two-level hybrid optimization method, adaptive genetic algorithm

中图分类号:

V529

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图/表 16

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参考文献 18

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参数	子母型航天器	目标卫星
初始时间	2021-12-06 12:20:00
模型约束	t≤T=12 000 s; γ≥γ₀=40°; d≤D=50 km
轨道半长轴/km	6 778	6 878
偏心率	0.001	0.001
升交点赤经/(°)	100	100
轨道倾角/(°)	42	42
近地点幅角/(°)	0	0
真近点角/(°)	15	20
测距测角能力/km	母星: ρ₂=50;子星: ρ₁=1
子星绕飞半径/km	R=0.1

飞行阶段	参数	结果
远程导引段	飞行等待时间x₁/s	1 600
	飞行转移时间/s	2 798
	飞行结束时间x₂/s	4 398
	多圈Lambert算法解算速度增量/(km·s^－1)	dv₁=[0.011 0, -0.018 3, -0.006 9], dv₂=[-0.011 1, 0.018 2, 0.007 0]
	结束时间	2021-12-06 13:33:18
近程导引段	飞行等待时间x₃/s	79
	飞行转移时间/s	2 731
	飞行结束时间x₄/s	2 810
	子星圆绕飞起点x₅/km (目标轨道坐标系下)	(-0.094 6, -0.032 6, 0)
	打靶修正后C-W方程解算速度增量/(km·s^－1)	dv₃=[0.000 7, 0.005 5, 0]
	结束时间	2021-12-06 14:20:08

参数	子母型航天器	目标卫星
初始时间	2022-08-06 19:40:00
真近点角/(°)	15	70

飞行阶段	参数	结果
远程导引段	飞行等待时间x₁/s	4 684
	飞行转移时间/s	5 310
	飞行结束时间x₂/s	9 994
	多圈Lambert算法解算速度增量/(km·s^－1)	dv₁=[0.356 7, 0.104 8, -0.332 7]， dv₂=[-0.291 5, 0.030 6, 0.253 7]
	结束时间	2022-08-06 22:26:34
近程导引段	飞行等待时间x₃/s	661
	飞行转移时间/s	686
	飞行结束时间x₄/s	1 347
	子星圆绕飞起点x₅/km (目标轨道坐标系下)	(-0.095 6, -0.029 2, 0)
	打靶修正后的C-W方程解算速度增量/(km·s^－1)	dv₃=[0.014 2, 0.022 9, 0]
	结束时间	2022-08-06 22:49:01

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