火星探测器气动捕获轨道优化与环绕轨道保持

发布时间：2023-06-01 18:11

　　由于探测器在穿越火星大气时存在各种约束,如果在气动捕获时不能满足这些约束将损毁探测器,另外,在进行火星气动捕获时,不同的捕获轨道对最终的捕获结果影响也很大。在对探测器成功进行捕获并进入环绕轨道后,由于各种摄动的影响,环绕轨道会不断发生偏移,如果没有采用有效的轨道保持策略对探测器进行轨道保持,那么将严重影响探测效果,甚至使得探测器坠落火星表面。本学位论文分别对气动捕获轨道的优化和环绕轨道的保持进行研究,主要内容如下:对于火星探测器的气动轨道捕获,提出一种改进的鸽群算法对气动捕获轨道进行优化。针对原始鸽群算法存在的一些不足,提出了更具实用性的改进算法,并对改进算法的参数取值进行分析。考虑成功进行气动捕获所要求的终端约束和过程约束,根据从捕获轨道进行轨道转移进入目标轨道所需的速度增量,提出了进行捕获轨道优化的能量最优性能指标。最后利用改进的鸽群算法对气动捕获轨道进行优化,通过优化结果,验证了所提出的改进鸽群算法能够有效地实现对于气动捕获轨道的优化。针对火星环绕轨道的轨道保持问题,考虑火星环境下各种摄动因素对于环绕轨道的影响程度,主要分析了占主导地位的火星形状摄动对于偏心率和近地点幅角的影响。...

【文章页数】：62 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题来源及研究目的和意义
    1.2 研究现状及分析
        1.2.1 火星探测研究现状
        1.2.2 气动捕获轨道优化方法
        1.2.3 环绕轨道保持方法
    1.3 主要研究内容
第2章 气动捕获轨道建模与火星环绕轨道摄动分析
    2.1 大气内飞行动力学方程的建立
    2.2 基本坐标系定义与转换
    2.3 轨道动力学方程
    2.4 火星摄动分析
    2.5 小推力作用下平均轨道根数的演化规律
    2.6 本章小结
第3章 气动捕获轨道优化
    3.1 气动捕获轨道优化问题建模分析
        3.1.1 能量最优气动捕获轨道的确定
        3.1.2 大气内飞行的最优控制
    3.2 基于改进鸽群算法的气动捕获轨道优化
        3.2.1 原始鸽群算法及其存在的问题
        3.2.2 鸽群算法的改进
        3.2.3 算法性能分析
        3.2.4 气动捕获轨道优化
    3.3 仿真分析
    3.4 本章小结
第4章 环绕轨道的保持
    4.1 偏心率和近地点幅角的变化情况
    4.2 小推力下对偏心率和近地点幅角进行控制和保持
        4.2.1 小推力对偏心率和近地点幅角的影响
        4.2.2 小推力下平衡点的确定与分析
        4.2.3 反馈控制器的设计
    4.3 仿真验证
    4.4 本章小结
结论
参考文献
致谢



本文编号：3826774