战术飞行轨迹优化方法

简要介绍了战术飞行轨迹优化的研究背景及其发展状况，对能量状态近似法、参数优化法、动态规划法、奇异摄动法以及逆动态法加以重点分析，比较了这几种方法的特点，同时总结了它们应用于战术飞行轨迹优化时共同存在的问题，从而针对这些问题简要讨论了战术任务飞行中轨迹优化所涉及的相关问题，以便开展此项研究工作时参考。     

军用飞行器航迹规划综述

介绍了军用飞行器航迹规划的基本概念，航迹规划与任务规划的关系，国内外研究现状，存在的问题，论述了航迹规划的基本要求，如导航要求，突防要求，飞行器性能要求及战略和战术要求，最后分析了航迹规划需要解决的威胁建模，航迹规划算法和轨迹跟踪控制等关键技术。     

考虑相互碰撞影响的月壤颗粒运动轨迹计算方法研究

针对登月着陆器下降过程扬起月壤颗粒的运动轨迹及空间分布问题, 提出了考虑月壤颗粒发生完全弹性碰撞和非完全弹性碰撞两种情况的月壤颗粒运动轨迹计算方法. 根据质量守恒和能量守恒定律确定月壤颗粒相互碰撞后的速度, 通过羽流场与月壤颗粒的流固耦合相互迭代计算方法, 获得被扬起的月壤颗粒在羽流场和相互碰撞共同作用下随时间的运动轨迹和空间分布. 基于美国Apollo 11登月过程实测数据, 采用数值模拟对该方法进行验证. 结果表明, 考虑月壤颗粒相互碰撞的影响后, 其运动规律出现较明显的扩散趋势. 进一步考虑月壤颗粒相互碰撞引起能量损失的影响后, 月壤颗粒的扩散趋势有所减弱, 并且扬起的高度随着恢复系数的减小而降低.      

基于微分平滑的欠驱动刚性航天器时间最优轨迹规划研究(英文)

针对非轴对称欠驱动航天器提出了一种新的基于微分平滑特性的时间最优轨迹规划算法。首先,在控制输入受限的约束条件下,对给定的初末姿态,选取航天器机动时间最短为待优化的性能指标。其次,在欠驱动航天器的非受控轴上引入虚拟控制输入,扩展系统的平滑特性,从而使得系统的姿态和控制输入变量均可由平滑输出函数及其各阶导数代数表征;同时为保证优化问题的等价性,引入虚拟控制输入始终为零的附加等式约束。进一步,利用伪谱法离散系统的平滑输出函数,将优化问题最终转化为一个低维的,仅含有代数约束的非线性规划问题,且无需积分求解系统的动态力学方程。仿真结果表明该算法不仅能够有效地减少优化所需的时间,而且运算精度较高。     

软着月任务窗口与轨道设计方法研究

建立了一套应用于多约束条件下软着月任务的窗口计算以及轨道设计方法。针对经历发射 段、地月转移段、绕月段及动力下降段的月球探测器,综合考虑各个特征点的位置、光照、 测控等约束,结合轨道特性,采用着月点→近月点→入轨点→发射点倒推的方式,快速确 定探测器的发射窗口。在其中选择发射时刻后即可计算转移轨道的轨道根数初值,并搜索计 算精确轨道。该方法对于我国月球探测后期工程的发射窗口计算与轨道设计工作有较重要的 参考价值。
     

双极型磁选态单束铯束管内铯原子运动轨迹的算法改进

针对简化算法得到的铯原子运动轨迹精度不高的结果,通过分析磁选态单束铯束管内双极型选态磁铁的磁场分布,提出了不简化磁场梯度和有效磁矩,用布利厄施-施多厄方法求解铯原子运动方程的算法。用此算法得到的铯原子运动轨迹与通常采用的简化算法得到的轨迹相比,最大差异约为10 mm。此计算结果影响管内机械组件的安装对中位置,可用于束光学模拟计算,提高短期稳定度指标。     

空间交会轨迹安全性定量评价指标研究

针对当前交会轨迹安全分析缺乏有效的定量评价方法,研究提出了两种考虑实际交会过程导航偏差和控制偏差的安全性定量评价指标,分别是交会过程中任意时刻失效后追踪器的位置误差分布3σ椭球与目标器控制区域的最小距离和两个飞行器的最大瞬时碰撞概率。研究了这两个指标的快速简化计算方法;并基于协方差分析描述函数法(CADET),建立了非线性交会下考虑导航偏差和控制偏差的相对状态及其协方差矩阵的传播模型。通过两个仿真算例验证了两个指标的合理性、快速性和准确性,并且可适应于在线轨迹安全性分析和一般情况下的线性和非线性交会安全轨迹设计。
     

Hierarchical global search for fuel-optimal impulsive transfers between lunar libration orbits

The attention to the periodic orbit in the Earth-Moon restricted three-body system continues to grow due to its special environment and locations. This research investigates the feasibility of constructing fuel-optimal single and multiple impulse transfers between unstable periodic orbits at L₁ and L₂ points. Invariant manifolds, which could provide the appropriate initial trajectories for optimization, are analyzed deeply to enable previously unknown orbit options and potentially to reduce mission cost. A global search strategy based on comparing the orbital state of the unstable and stable manifolds, incorporated with low-thrust techniques, is performed to seek a suitable matching point for maneuver application. Then the sequential quadratic programming (SQP) is adopted to further optimize the velocity increment and obtain the single/multiple impulse optimal transfers. The associated constraint gradients are derived to achieve higher accuracy and rapidity of the algorithm. To highlight the effectivity of the transfer scheme, three-dimensional low-energy transfers between different types and spatial regions of performing single and multiple impulses are explored. The total Delta-V required varies between a few meters per second and tens of meters per second, and the related flight time is about several weeks, mainly depending on the energy of periodic orbits and the invariant manifold structure. The results obtained in this paper can provide a useful reference for the selection of escape and capture site along the manifolds, maneuver magnitude and transfer time.     

Survey of orbital dynamics and control of space rendezvous

Rendezvous orbital dynamics and control （RODC） is a key technology for operating space rendezvous and docking missions. This paper surveys the studies on RODC. Firstly, the basic relative dynamics equation set is introduced and its improved versions are evaluated. Secondly, studies on rendezvous trajectory optimization are commented from three aspects： the linear rendez- vous, the nonlinear two-body rendezvous, and the perturbed and constrained rendezvous. Thirdly, studies on relative navigation are briefly reviewed, and then close-range control methods including automated control, manual control, and telecontrol are analyzed. Fourthly, advances in rendezvous trajectory safety and robust analysis are surveyed, and their applications in trajectory optimization are discussed. Finally, conclusions are drawn and prospects of studies on RODC are presented.     

原点误差对发射方位角及弹道精度的影响分析

发射原点是飞行器试验中非常重要的参数,在某些特殊试验中,发射原点往往是不能准确给出的,为此,本文详细推导了发射原点误差对发射方位角和弹道精度的影响公式。仿真计算结果证明,原点误差对发射方位角影响较大,而原点误差和发射方位角误差的共同作用对发射系下的弹道精度影响很大,对于此类高精度的飞行器试验必须考虑原点误差对弹道精度的影响。