单脉冲拦截多目标问题研究

【作者】 夏存言； 张刚；

【机构】 哈尔滨工业大学航天学院；

【摘要】 多目标航天任务对于节省任务成本、提高任务效率具有重要意义。针对多目标拦截、多航天器飞越、多小行星飞越等航天任务,其本质都是求解多目标拦截问题。传统关于多目标拦截(交会)问题的研究,通常采用单次轨道机动拦截单个目标,再对拦截时刻和拦截序列进行优化。为节省脉冲次数,本文考虑利用单次脉冲机动,实现多个空间目标的拦截任务。针对多目标拦截问题,提出了异面单脉冲拦截双目标以及共面单脉冲拦截三目标的数值方法。对于异面单脉冲情况,在脉冲位置及拦截位置均自由条件下,通过Gibbs三矢量定轨算法,将单脉冲拦截双目标问题转化为求解只包含两个自由变量的非线性方程问题;以二体引力模型下的解为基础,通过同伦法和微分修正算法,进一步得到在地球J2摄动引力模型下的精确解。对于共面单脉冲情况,由于满足三矢量定轨算法中的轨道共面约束条件,固定脉冲时刻或固定某个目标拦截时刻,仍可实现共面单脉冲拦截双目标问题;针对共面单脉冲拦截双目标问题,考虑脉冲位置自由,通过数值优化可以得到燃料最优解;针对共面单脉冲拦截三目标问题,基于Lambert解,将该问题转化为求解只包含两个自由变量的非线性方程。以上方法的非线性方程求解过程均可通过牛顿迭代实现,迭代初值均通过Pork-Chop图法搜索得到。最后,数值算例验证了本文提出方法的正确性及有效性。更多还原