一种无奇异的求解Lambert变轨的普适变量法

传统的普适变量法求解Lambert转移轨道的变轨点速度时,在两位置矢量夹角为180°处出现奇异,且用牛顿迭代法求解普适变量会丢失部分重要的解.通过公式变换消除奇异项而推导出一种无奇异的速度求解公式;且根据转移轨道的圈数对普适变量的取值范围进行分段,在每个区间用人工免疫算法AIA(Artificial Immune Algorithm)搜索普适变量正确解,解出所有Lambert转移轨道并从中选择最优转移轨道.仿真算例表明:这种改进的普适变量法能有效避免传统普适变量法的奇异性,而且能求得所有的Lambert转移轨道并得到燃料消耗最优的转移轨道.     

仿真可信度评估中的AHP超越权重

AHP(Analytic Hierarchy Process)法在仿真可信度评估中经常使用,但传统的AHP法不能解决可信度评估结果的阶跃问题.为了解决这一问题,在明确了阶跃问题的主因是AHP相对权重的缺陷后,参考Petri网的相关定义,建立了AHP网的概念和数学基础;针对传统AHP相对权重的缺陷,进一步提出了增强型AHP网及相关定义、图例等;在网络定义的基础上,提出了AHP超越权重的概念及其数学表达式;确定了含有超越权重的AHP网节点取值算法和评估节点优先级算法;提供了一个应用AHP超越权重的仿真可信度评估实例,并获取了量化的评估结果.计算结果表明:含有超越权重的AHP体系能够解决可信度评估结果的阶跃问题.      

基于分形迭代的地形模拟算法研究

三维地形是虚拟自然环境中不可或缺的因素,文中对现有的基于分形迭代的地形生成算法模型进行了分析,对各种构网方式下的地形生成算法的视觉效果、计算效率、fBm特性等进行了分析比较,最后分析了分形地形模拟中产生“折痕”的原因,并通过对现有的地形生成算法进行改进有效地克服了“折痕”问题。     

地月Halo与DRO支持的往返月球任务轨道

面向未来载人月球与深空探测任务需求,针对地月系统中低能往返环月轨道与平动点轨道的转移设计问题进行研究,在不同三体轨道下系统分析了环月轨道变化对任务飞行时间与燃料消耗等关键参数的影响,并提出月球往返轨道初值猜想搜索策略。为解决设计变量初值敏感性问题,结合空间不变流形与目标平动点轨道构型特性,采用微分修正算法快速构造初始转移轨迹。在同时考虑近月点与燃料最优转移多约束条件下,通过多重配点打靶法与序列二次规划算法对环月轨道与平动点轨道间往返轨迹进一步研究,并推导了约束方程的梯度公式提高计算效率。为分析往返轨道特性与验证设计策略的有效性,针对不同环月轨道倾角、三体轨道幅值等参数变化与转移时间、燃耗的关系进行分析,设计结果对探月飞行器近月空间部署往返轨道设计及参数选取具有重要的参考意义。     

地月低能轨道转移的混沌控制方法

针对航天器在混沌区域的滑行时间过长，提出一种低能地月轨道转移的混沌控制方法。首先通过地月圆形限制性三体问题(CRTBP)的庞加莱截面图，将混沌区域进行分层并分析其规律，再利用混沌轨道对初始状态高度敏感的特性，在尽可能减少运送时间的前提下实现地月低能轨道转移。该方法的优点是利用混沌区域的固有规律，不需要依靠周期轨道特性。仿真结果表明，本文提出方法仅需施加2~4次脉冲，明显缩短混沌区域的滑行时间，从而实现地月低能转移。     

陈乃兴先生的主要学术成就和对科技发展的重要贡献:隆重纪念陈乃兴先生逝世一周年

2019年8月6日是中国著名工程热物理学家陈乃兴先生逝世一周年的纪念日。从6个方面详细阐述了陈乃兴先生的主要学术成就和对科技发展的重要贡献。他一生献身祖国、献身科学研究的拼搏精神，将鼓舞大家砥砺奋进。     

Low-energy near Earth asteroid capture using Earth flybys and aerobraking

Since the Sun-Earth libration points L₁ and L₂ are regarded as ideal locations for space science missions and candidate gateways for future crewed interplanetary missions, capturing near-Earth asteroids (NEAs) around the Sun-Earth L₁/L₂ points has generated significant interest. Therefore, this paper proposes the concept of coupling together a flyby of the Earth and then capturing small NEAs onto Sun–Earth L₁/L₂ periodic orbits. In this capture strategy, the Sun-Earth circular restricted three-body problem (CRTBP) is used to calculate target Lypaunov orbits and their invariant manifolds. A periapsis map is then employed to determine the required perigee of the Earth flyby. Moreover, depending on the perigee distance of the flyby, Earth flybys with and without aerobraking are investigated to design a transfer trajectory capturing a small NEA from its initial orbit to the stable manifolds associated with Sun-Earth L₁/L₂ periodic orbits. Finally, a global optimization is carried out, based on a detailed design procedure for NEA capture using an Earth flyby. Results show that the NEA capture strategies using an Earth flyby with and without aerobraking both have the potential to be of lower cost in terms of energy requirements than a direct NEA capture strategy without the Earth flyby. Moreover, NEA capture with an Earth flyby also has the potential for a shorter flight time compared to the NEA capture strategy without the Earth flyby.     

Economic assessment of high-thrust and solar-sail propulsion for near-earth asteroid mining

Asteroid mining has the potential to greatly reduce the cost of in-space manufacturing, production of propellant for space transportation and consumables for crewed spacecraft, compared to launching the required resources from the Earth’s deep gravity well. This paper discusses the top-level mission architecture and trajectory design for these resource-return missions, comparing high-thrust trajectories with continuous low-thrust solar-sail trajectories. The paper focuses on maximizing the economic Net Present Value, which takes the time-cost of finance into account and therefore balances the returned resource mass and mission duration. The different propulsion methods are compared in terms of maximum economic return and sets of attainable target asteroids. Results for transporting resources to geostationary orbit show that the orbital parameter hyperspace of suitable target asteroids is considerably larger for solar sails, allowing for more flexibility in selecting potential target asteroids. Also, results show that the Net Present Value that can be realized is larger when employing solar sailing instead of chemical propulsion. In addition, it is demonstrated that a higher Net Present Value can be realized when transporting volatiles to the Lunar Gateway instead of geostationary orbit. The paper provides one more step towards making commercial asteroid mining an economically viable reality by integrating trajectory design, propulsion technology and economic modelling.     

基于CW方程的航天器追逃问题半直接求解方法

针对时间固定的两航天器追逃问题,提出一种以半直接配点法研究追逃双方最优控制策略的求解方法。航天器追逃问题是基于微分对策的追逃问题,该问题是含有追逐者和逃逸者控制变量的两点边值问题。若采用必要条件求解,则对迭代初值要求高,收敛困难。在两航天器均为连续小推力的假设条件下,以终端距离为支付函数,给出半直接配点法的求解过程。在此数值方法中,根据半直接转换将微分对策问题转化为最优控制问题,采用Gauss-Lobbato配点法将此最优问题最终转化为非线性规划问题,继而通过序列二次规划算法求解。这种半直接配点法避免了对微分对策问题最优策略的必要条件(两点边值问题)求解。采用该方法求解对迭代初值不敏感,且数值稳定性好。数值仿真实例验证了这种求解方法的可行性。该方法提高了求解两点边值问题的收敛性,为求解含有双方控制变量的微分对策问题提供了一种思路。     

敏捷成像卫星调度的改进量子遗传算法

针对敏捷成像卫星调度问题中解空间大,选择任务的搜索空间和确定任务观测时间的搜索空间分别是离散域和连续域的难题。建立了多种决策变量混合的敏捷成像卫星调度模型,提出一种改进的量子遗传算法对其求解,改进的量子遗传算法采用二进制与实数杂合的编码方式,降低染色体的基因位编码数目,提高了搜索效率,有效适应了敏捷成像卫星调度问题中离散与连续混合的解空间;以杂合编码为基础,设计对应的观测函数将敏捷成像卫星调度问题的解映射到相位空间,从而将量子优化机制引入敏捷成像卫星调度问题中,利用量子遗传算法在相位空间搜索的特性解决敏捷成像卫星解空间大、解空间离散与连续并存的问题。最后,通过不同规模的仿真校验对算法的调度效果进行测试和分析。结果表明,所提改进的量子遗传算法在收敛速度和方案收益方面都有较好的表现,能够满足敏捷成像卫星调度的需要。