共面圆轨道航天器在轨服务任务规划.pdf

共面圆轨道航天器在轨服务任务规划.pdf中国空间科学技术 20102
Chinese Space Science and 1
共面圆轨道航天器在轨服务任务规划
欧阳琦赵勇陈小前
(1410073)
摘要为了降低“一对多”在轨服务的成本,以共面圆轨道卫星群为研究对象,开展
了在轨服务任务规划问题的研究。首先,对“一对多”在轨服务任务场景进行了分析,建
Lambert
双层优化模型。然后,给出了任务规划求解方法及流程,提出采用工程图解法的思想求解
Lambert
航天器为例,针对限制和不限制在轨服务任务完成总时间这两种情况,采用上述方法进行
求解,计算结果验证了方法的有效性。
关键词遗传算法在轨服务任务规划共面圆轨道航天器
1 引言
近年来各航天大国纷纷提出以“在轨服务”的方式提高航天器在轨机动能力和工作寿命。根据
目标航天器的数量不同,可以将在轨服务分为“一对一”和“一对多”两种方式。“一对一”方式
是指在一次在轨服务任务中,由一个服务航天器对单个目标航天器进行在轨服务;而“一对多”方
]
优势,也是未来在轨服务的主流方式。这是因为在轨服务的方案会使航天器本身的复杂度大大提
高,从而增加航天器的成本,若只对单个目标航天器进行在轨服务操作,其成本可能会比重新发射
一个相同的航天器还高。目前,国内外对“在轨服务”技术本身的研究较多,美国的“轨道快车”
计划在太空中进行了在轨加注的试验,本的猇进行了在轨模块更换的试验,这些研究成
果证明了空间进行在轨服务的可行性。但是,对于“一对多”的在轨服务任务来说,其本身是一个
规划问题,通过建立合理的数学模型并进行优化,可以有效地减少整个在轨服务的成本,而目前对
于这方面的研究相对较少。
由于异面轨道机动方式所消耗的燃料较多,因此“一对多”在轨服务的对象一般是共轨道面或
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卫星的在轨服务任务开展了相关研究,文中将共面转移与变轨道面机动所消耗的燃料进行了比较,
TSP
醋疃搪肺侍进行求解。文献—对运行于同一轨道上的圆轨道卫星群的在轨加注任务进行了
研究,其研究内容较为系统,且考虑了目标航天器互相之间还可以进行推进剂补给的情况。由于在
实际工程应用中,目标航天器并不一定在同一轨道上,因此本文研究目标航天器运行在不同轨道上
的情况,重点对共面但轨道高度不同的若干圆轨道目标航天器的在轨服务任务规划问题进行了研
究。
收稿日期:——。收修改稿期:—一
20102 中国空间科学技术
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任务场景及规划问题
1
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行在轨服务,顺序为依轨道高度从低至高依次进行服务。对
于单个目标航天器的在轨服务,分为远程导引、近程接近、
捕获对接、服务任务操作、分离几个阶段,其中远程导引段
采用多圈、双冲量的转移方式。在整个在轨服务任务完成后,
服务航天器停留在最后一个目标航天器的轨道上。
以任务总时间为约束条件,以燃料消耗最省为优化目标,
则规划问题归结为:在上述场景下,给定整个在轨服务过程
的总时间,在不大于该时间的情况下使得燃料消耗最小。 1
模型分析
服务航天器与目标航天器交会过程中的远程导引段所要
Lambert
对多圈转移来说,若给定服务航天器与目标航天器之间的初始相位差及转移时间,转移轨道有
2N+1(N)2N+1
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