星际探测中的小推力转移轨道设计与优化方法研究
Design and Optimization of Low-Thrust Interplanetary Transfer Trajectory
摘要
Abstract
第1章 绪 论
1.1 课题背景和意义
1.1.1 课题来源
1.1.2 研究的目的和意义
1.2 小推力转移轨道设计与优化方法研究综述
1.2.1 星际探测飞行方式与轨道方案概述
1.2.2 小推力转移轨道优化算法研究概述
1.2.3 基于动平衡点的星际转移轨道设计与优化算法研究概述
1.3 本文的主要研究内容
1.3.1 本文的研究思路
1.3.2 本文的主要内容
第2章 小推力探测器轨道优化的数学模型
2.1 引言
2.2 小推力探测任务的主要轨道阶段
2.3 星历信息的获取
2.3.1 JPL星历数据
2.3.2 格里历与儒略历的转换
2.4 小推力探测器轨道动力学模型
2.4.1 小推力两体轨道动力学模型
2.4.2 小推力轨道动力学模型的无量纲化处理
2.4.3 三体小推力轨道动力学模型
2.4.4 轨道摄动模型
2.5 小推力探测器的轨道优化模型
2.5.1 笛卡尔坐标系下的小推力轨道优化模型
2.5.2 轨道根数表达的小推力轨道优化模型
2.5.3 圆型限制性三体小推力轨道优化模型
2.6 本章小结
第3章 星际巡航段小推力轨道优化与设计方法研究
3.1 引言
3.2 基于标称轨道法的巡航段轨道初始设计
3.2.1 标称轨道法的基本假设及原理
3.2.2 标称轨道法的推导过程
3.2.3 飞行相位角的影响及其处理方法
3.2.3 数学仿真与分析
3.3 基于混合优化算法的巡航段轨道精确设计
3.3.1 混合优化算法的模型预处理
3.3.2 基于离散型混合优化算法的轨道设计
3.3.3 基于追踪导引轨线型混合优化算法的轨道设计
3.4 基于退火遗传-混合优化算法的复杂巡航段轨道设计
3.4.1 问题的描述
3.4.2 带有随机权重的退火惩罚函数对约束条件的处理
3.4.3 退火遗传-混合优化算法的设计与流程
3.4.4 数学仿真与分析
3.5 本章小结
第4章 近行星小推力轨道转移问题研究
4.1 引言
4.2 近行星小推力轨道的基本类型
4.3 影响近行星小推力飞行轨道的主要因素
4.4 基于Lyapunov局部最优反馈控制的近行星轨道设计
4.4.1 针对单一轨道根数的局部最优控制律
4.4.2 Lyapunov局部最优反馈控制律
4.4.3 推进器的广义工作效率
4.4.4 不同类型近行星轨道的局部最优控制律设计
4.4.5 局部最优反馈控制律的权值优化
4.4.6 数值算例与分析
4.5 本章小结
第5章 小推力IPS转移轨道设计
5.1 引言
5.2 圆型限制性三体问题的动力学性质
5.2.1 Jacobi积分和Hill域
5.2.2 平衡点及其附近的动力学结构
5.2.3 周期轨道及其附近的动力学结构
5.3 小推力IPS转移的主要轨道阶段
5.4 小推力IPS转移的星际巡航段轨道设计
5.4.1 太阳系内各天体间的动力学通道
5.4.2 流形的表面结构
5.4.3 潜在IPS星际转移轨道的搜索
5.4.4 小推力IPS转移的星际巡航段轨道优化
5.5 小推力IPS转移的逃逸及俘获段轨道设计
5.5.1 停泊轨道和周期轨道之间的小推力转移过程
5.5.2 利用庞加莱截面对滑行段轨道进行选择
5.5.3 动力飞行段轨道设计
5.5.4 联合参数优化
5.5.5 数值算例
5.6 本章小结
第6章 星际小推力探测任务轨道设计与分析
6.1 引言
6.2 行星际探测的基本轨道方案
6.3 小推力直接转移方案轨道设计
6.3.1 小推力直接转移方案的探测机会搜索
6.3.2 小推力直接转移方案的逃逸段轨道设计
6.3.3 小推力直接转移方案的星际巡航段轨道设计
6.3.4 小推力直接转移方案的俘获段轨道设计
6.4 小推力IPS转移方案轨道设计
6.4.1 小推力IPS转移轨道的探测机会搜索
6.4.2 小推力IPS转移方案的逃逸段轨道设计
6.4.3 小推力IPS转移方案的星际巡航段轨道设计
6.4.4 小推力IPS转移方案的俘获段轨道设计
6.5 轨道方案对比分析
6.5.1 载荷分析
6.5.2 结构及测控分析
6.6 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的学术论文
哈尔滨工业大学博士学位论文原创性声明
哈尔滨工业大学博士学位论文使用授权书
致谢
个人简历
哈尔滨工业大学;
