基于高斯—伪谱法的月球定点着陆轨道快速优化设计 被引量：32

1

作者 彭祺擘 李海阳 沈红新 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第4期1012-1016,共5页

利用高斯伪谱法(Gauss Pseudospectral Method,GPM),对登月飞行器定点软着陆轨道快速优化问题做出了研究。将控制变量和终端时间一同作为优化变量,同时离散控制变量与状态变量,对最优控制问题进行求解。并针对GPM的特点,设计了从求取初... 利用高斯伪谱法(Gauss Pseudospectral Method,GPM),对登月飞行器定点软着陆轨道快速优化问题做出了研究。将控制变量和终端时间一同作为优化变量,同时离散控制变量与状态变量,对最优控制问题进行求解。并针对GPM的特点,设计了从求取初值到高精度参数的软着陆轨道优化策略。利用此方法求取了月面着陆可达区域,在此基础上对定着陆点最优轨道进行了设计。仿真结果表明此方法具有较强的鲁棒性和快速收敛性。 展开更多

关键词 高斯伪谱法 月球定点着陆 快速优化 登月飞行器

下载PDF 职称材料

基于TLE的低轨巨星座控制研究 被引量：14

2

作者 孙俞 沈红新 《力学与实践》 北大核心 2020年第2期156-162,共7页

近几年来,美国SpaceX, OneWeb等创新型企业纷纷计划打造低轨巨型卫星星座,引发卫星互联网的发展热潮。本文利用公开的两行轨道根数(two-line element, TLE)对国外星座控制策略进行分析,重点分析了铱星、一网、星链星座的控制规律。通过... 近几年来,美国SpaceX, OneWeb等创新型企业纷纷计划打造低轨巨型卫星星座,引发卫星互联网的发展热潮。本文利用公开的两行轨道根数(two-line element, TLE)对国外星座控制策略进行分析,重点分析了铱星、一网、星链星座的控制规律。通过相对相位偏差分析,反演得到星座中不同卫星之间的平半长轴差,避免了小控制量条件下难以通过平半长轴判断卫星是否进行了轨控的问题。获得了国外星座控制频次和控制精度等重要信息,所得结论能够为我国未来互联网星座的建设提供参考。 展开更多

关键词 巨星座 轨道维持 两行根数 平根数

下载PDF 职称材料

探月飞行器定点返回轨迹特性分析 被引量：9

3

作者 沈红新 李海阳 +1 位作者 彭祺擘 杜昕 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第4期6-11,共6页

对探月飞行器返回到预期着陆点的轨迹特性进行了研究,着重分析了月球定点返回着陆点和再入点位置的变化规律。分析了返回轨迹特征点的相对位置特性,包括月球反垂点、再入点、近地点,得到了再入点速度、纬度具有变化较稳定的规律。在特... 对探月飞行器返回到预期着陆点的轨迹特性进行了研究,着重分析了月球定点返回着陆点和再入点位置的变化规律。分析了返回轨迹特征点的相对位置特性,包括月球反垂点、再入点、近地点,得到了再入点速度、纬度具有变化较稳定的规律。在特征点位置特性研究的基础上,给出了着陆点和再入点位置分析近似方法;基于月相原理研究了着陆点光照条件和月球返回窗口的关系,定性地给出了基本结论。基于双二体模型进行轨迹仿真计算,验证了利用该理论模型分析月球定点返回轨迹的有效性。 展开更多

关键词 月球探测 定点返回 轨迹特性 月球反垂点 返回窗口

下载PDF 职称材料

静止卫星小推力多圈转移轨道间接优化 被引量：8

4

作者 沈红新 李恒年 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第10期1041-1047,共7页

本文研究了电推进平台地球静止(GEO)卫星转移轨道优化问题。在动力学模型中考虑了地球J2项摄动,基于庞特里压金极大值原理(PMP)推导了时间最优变轨控制律及其一阶必要性边界条件,采用推力幅值延拓技术和牛顿下山法对最优控制两点边值问... 本文研究了电推进平台地球静止(GEO)卫星转移轨道优化问题。在动力学模型中考虑了地球J2项摄动,基于庞特里压金极大值原理(PMP)推导了时间最优变轨控制律及其一阶必要性边界条件,采用推力幅值延拓技术和牛顿下山法对最优控制两点边值问题求解。仿真算例表明本文方法的有效性,相对已有结果性能指标可以提升5%左右。分析了静止卫星小推力多圈时间最优转移轨道要素变化特性,可供工程实际参考。 展开更多

关键词 电推进 地球静止卫星 间接法 两点边值问题 轨道优化

下载PDF 职称材料

第五届全国空间轨道设计竞赛总结 被引量：6

5

作者 罗亚中 沈红新 李海阳 《力学与实践》 北大核心 2014年第3期379-382,共4页

介绍了第五届全国空间轨道设计竞赛的题目和评价标准,总结了各队的设计结果排名以及获得的启示.

关键词 竞赛 轨道设计

下载PDF 职称材料

近地一次环月两次交会的载人登月任务规划 被引量：6

6

作者 贺波勇 沈红新 彭祺擘 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期19-30,共12页

针对近地一次环月两次交会的载人登月任务飞行阶段多、周期长、约束复杂,导致各阶段飞行窗口与轨道衔接匹配复杂的难题,提出分层分解、正逆向结合的全任务标称飞行窗口与轨道衔接设计策略。介绍近地一次环月两次交会的载人登月任务飞行... 针对近地一次环月两次交会的载人登月任务飞行阶段多、周期长、约束复杂,导致各阶段飞行窗口与轨道衔接匹配复杂的难题,提出分层分解、正逆向结合的全任务标称飞行窗口与轨道衔接设计策略。介绍近地一次环月两次交会的载人登月任务飞行模式特点和应用前景,假定任务基本需求与工程约束,仿真验证所提方法的有效性,可以快速规划出近地一次环月两次交会的载人登月任务飞行轨道与窗口。 展开更多

关键词 载人登月 任务规划 轨道设计 窗口搜索 近地交会 环月交会

下载PDF 职称材料

载人登月轨道月面可达区域分析 被引量：6

7

作者 贺波勇 彭祺擘 +1 位作者 沈红新 李海阳 《载人航天》 CSCD 2014年第4期290-295,共6页

全月面到达是21世纪以来载人登月研究的主要目标之一。影响月面可达区域的因素有很多,而阳光入射角约束和转移轨道约束是主要因素。首先分析了不同纬度区域阳光入射角规律,其次建立了一种适于月面可达区域分析的双二体圆锥曲线拼接算法... 全月面到达是21世纪以来载人登月研究的主要目标之一。影响月面可达区域的因素有很多,而阳光入射角约束和转移轨道约束是主要因素。首先分析了不同纬度区域阳光入射角规律,其次建立了一种适于月面可达区域分析的双二体圆锥曲线拼接算法,分析了自由返回轨道和混合轨道月面可达区域,并计算了变轨策略及其速度增量关系,为未来实现载人登月月面着陆区选择提供参考。 展开更多

关键词 载人登月 月面可达区域 自由返回轨道 混合轨道

下载PDF 职称材料

基于非线性自回归神经网络的局部大气密度预测方法 被引量：6

8

作者 常欣卓 杨开忠 +2 位作者 李新 沈红新 李恒年 《中国科学技术大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第12期1015-1022,共8页

由于现有大气密度模型精度不足,在对低轨卫星定轨和轨道预报时容易产生较大误差,而观测手段的缺乏以及对高层大气物理机理缺乏足够了解给大气密度模型的建立带来了一定的困难.提出了利用神经网络来建立大气密度预测模型.首先,利用两行... 由于现有大气密度模型精度不足,在对低轨卫星定轨和轨道预报时容易产生较大误差,而观测手段的缺乏以及对高层大气物理机理缺乏足够了解给大气密度模型的建立带来了一定的困难.提出了利用神经网络来建立大气密度预测模型.首先,利用两行轨道根数对NRLMSISE-00大气模型校准得到沿轨道的局部化密度模型,然后基于非线性自适应回归神经网络(NARX)构建大气密度预测模型.该模型主要结合校准后MSIS模型以及太阳与地磁活动指数来预测未来一段时间内局部大气密度.将该模型应用于不同的卫星轨道数据,进行了多个时间段的模拟试验.与卫星实测密度的比对结果显示,相对于MSIS密度模型,该模型的预测误差有了一定的减小,为提高低轨卫星短期轨道预报精度提供了思路. 展开更多

关键词 低轨卫星 大气密度 轨道预报 NARX神经网络

下载PDF 职称材料

载人登月着陆窗口与定点返回轨道耦合设计 被引量：5

9

作者 贺波勇 李海阳 +1 位作者 沈红新 彭祺擘 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第1期11-16,共6页

对于月面中高纬度着陆且定点返回地球中高纬度着陆场的载人登月任务而言,月面着陆窗口与定点返回轨道设计存在耦合关系,这是工程任务面对的关键技术之一。针对任务背景及约束条件,建立月面着陆窗口与定点返回轨道求解数学模型;通过数值... 对于月面中高纬度着陆且定点返回地球中高纬度着陆场的载人登月任务而言,月面着陆窗口与定点返回轨道设计存在耦合关系,这是工程任务面对的关键技术之一。针对任务背景及约束条件,建立月面着陆窗口与定点返回轨道求解数学模型;通过数值求解着陆窗口与返回轨道参数规律,并从空间几何关系分析耦合机理;以2025年载人月面虹湾探测为例,给出了着陆窗口与定点返回轨道求解流程及验证算例。计算结果经商业软件STK校验正确,表明该方法是一种简捷精确的载人登月任务规划方法,可在未来载人登月工程任务规划时直接使用。 展开更多

关键词 载人登月 着陆窗口 定点返回 轨道设计

下载PDF 职称材料

基于路径约束分析的跳跃式再入轨迹优化 被引量：5

10

作者 杜昕 李海阳 沈红新 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第5期1265-1275,共11页

对于跳跃式再入轨迹优化问题,通常的求解方法是不经任何分析直接约束动压、过载和热流密度,再加上控制变量滚转角的约束,往往使问题变得复杂而难以求解。基于跳跃式再入轨迹的动力学特性,将轨迹进行分段,并逐段分析路径约束的特点和内... 对于跳跃式再入轨迹优化问题,通常的求解方法是不经任何分析直接约束动压、过载和热流密度,再加上控制变量滚转角的约束,往往使问题变得复杂而难以求解。基于跳跃式再入轨迹的动力学特性,将轨迹进行分段,并逐段分析路径约束的特点和内在联系,建立起它们之间的解析关系式,由此得到跳跃式再入轨迹优化问题中路径约束的串行施加策略。运用该策略可以在某些情况下减少路径约束的个数,降低优化问题的复杂度;选择优化方法时,为了兼顾全局最优性与高精度结果,采用基于粒子群优化(PSO)算法和高斯伪谱法(GPM)的两层优化策略。仿真结果表明,采用两层优化策略可以得到满足约束的高精度解,路径约束串行施加策略正确可行,优化计算结果与理论分析结论一致。 展开更多

关键词 跳跃式再入 轨迹优化 路径约束 串行施加策略 两层优化策略

原文传递

地月转移轨道设计的改进微分校正方法 被引量：5

11

作者 贺波勇 沈红新 李海阳 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第6期60-64,共5页

地月转移轨道设计是探月关键技术之一,微分校正法是公认的解决非线性迭代问题的有效方法。针对探月任务中地月转移轨道设计精度高、计算速度快等要求,提出一种改进的微分校正快速设计方法。该方法基于DE405/LE405星历数据下日、地、月... 地月转移轨道设计是探月关键技术之一,微分校正法是公认的解决非线性迭代问题的有效方法。针对探月任务中地月转移轨道设计精度高、计算速度快等要求,提出一种改进的微分校正快速设计方法。该方法基于DE405/LE405星历数据下日、地、月和地球J2项摄动真实轨道动力学模型,推导了近月点和入轨点设计参数偏导数关系,在积分轨道状态量的同时积分微分校正矩阵,用积分得到的准确微分校正矩阵求逆,快速迭代得到轨道设计结果。仿真结果表明,利用该方法设计地月转移轨道收敛速度远优于同等精度动力学模型—序列二次规划算法。 展开更多

关键词 月球探测 转移轨道 轨道设计 微分校正法

下载PDF 职称材料

载人登月自由返回轨道设计及特性分析 被引量：5

12

作者 彭祺擘 沈红新 李海阳 《中国科学：技术科学》 CSCD 北大核心 2012年第3期333-341,共9页

建立了满足载人登月任务约束的绕月自由返回轨道设计模型,将解析法和数值法有效结合起来,提出了一种从初步设计到高精度设计的串行轨道设计策略,仿真结果表明此方法具有求解精度高,计算速度快的特点.通过大量计算仿真,对自由返回轨道的... 建立了满足载人登月任务约束的绕月自由返回轨道设计模型,将解析法和数值法有效结合起来,提出了一种从初步设计到高精度设计的串行轨道设计策略,仿真结果表明此方法具有求解精度高,计算速度快的特点.通过大量计算仿真,对自由返回轨道的可达月球轨道参数、返回参数、转移速度等轨道特性做出了分析,为载人登月任务轨道方案的制定提供参考. 展开更多

关键词 载人登月 自由返回轨道 轨道设计 轨道特性

原文传递

地球静止卫星电推进轨道保持策略优化 被引量：4

13

作者 蒯政中 沈红新 +1 位作者 李恒年 何清波 《中国空间科学技术》 EI CSCD 北大核心 2018年第3期69-75,共7页

针对电推力器控制弧段长、传统轨道保持计算常用的脉冲假设不能适用的问题,提出了静止卫星轨道保持的平运动动力学模型和长期控制策略优化方法。由于轨道保持控制的是平均轨道要素,文章提出了一种基于春分点轨道要素的高精度平根外推动... 针对电推力器控制弧段长、传统轨道保持计算常用的脉冲假设不能适用的问题,提出了静止卫星轨道保持的平运动动力学模型和长期控制策略优化方法。由于轨道保持控制的是平均轨道要素,文章提出了一种基于春分点轨道要素的高精度平根外推动力学模型,与STK-HPOP模型比对高度吻合;提出了综合考虑轨道东西和南北控制的耦合控制优化模型,设计了基于序列二次规划的优化求解方法。仿真算例中研究了二推力器配置的静止卫星4周轨道保持问题,仿真结果表明,该方法可以优化长期轨道保持控制策略。 展开更多

关键词 地球静止卫星 轨道保持 电推进 优化控制策略 序列二次规划

下载PDF 职称材料

轨道设计竞赛与航天专业研究生培养 被引量：4

14

作者 罗亚中 李海阳 沈红新 《高等教育研究学报》 2013年第4期34-37,共4页

轨道设计竞赛作为专业竞赛并非专门面向研究生培养设计,通过对其建立和发展历史的回顾,分析了竞赛题目的特点和对科研能力的训练作用。结合所在团队参加轨道设计竞赛的实践体会,探讨了专业竞赛在研究生培养中的应用,提出了将专业竞赛作... 轨道设计竞赛作为专业竞赛并非专门面向研究生培养设计,通过对其建立和发展历史的回顾,分析了竞赛题目的特点和对科研能力的训练作用。结合所在团队参加轨道设计竞赛的实践体会,探讨了专业竞赛在研究生培养中的应用,提出了将专业竞赛作为基础教育和科研实践的过渡链条的基本定位。 展开更多

关键词 研究生培养 轨道设计竞赛 航天专业

下载PDF 职称材料

月球返回舱再入制导律设计 被引量：3

15

作者 沈红新 李海阳 彭祺擘 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第4期7-12,共6页

针对以接近甚至超过第二宇宙速度再入地球的登月飞行器制导任务,研究了满足热流、过载、落区等约束的返回舱再入制导律。月球返回舱是低升阻比弹道升力式再入飞行器,控制策略是改变倾侧角的符号和大小。倾侧角大小的确定转化为一个单变... 针对以接近甚至超过第二宇宙速度再入地球的登月飞行器制导任务,研究了满足热流、过载、落区等约束的返回舱再入制导律。月球返回舱是低升阻比弹道升力式再入飞行器,控制策略是改变倾侧角的符号和大小。倾侧角大小的确定转化为一个单变量非线性方程求根的问题,倾侧角符号的确定依倾侧反转逻辑来满足横向走廊,其中横向走廊设计成速度的函数。通过综合偏差的Monte Carlo仿真评价制导算法的性能,仿真结果表明制导的纵向标准偏差在30km左右,横向标准偏差小于5km。此外,分析了影响滚转速率的因素,给出了调整反馈增益系数和减小滚转速率及制导精度的关系。 展开更多

关键词 月球返回 再入 制导算法 纵程偏差 横程偏差

下载PDF 职称材料

多星编队构型重构全局优化策略--第七届全国空间轨道设计竞赛乙题解法 被引量：3

16

作者 曹静 沈红新 李恒年 《力学与实践》 北大核心 2016年第6期697-704,共8页

第七届全国空间轨道设计竞赛乙组题目以近地轨道卫星编队的燃料最优构型重构问题为背景,要求合理设计从星的相对飞行轨迹,构建尽可能多的目标构型,并考虑燃料消耗均衡分配问题.本文介绍了该题目的解法,包括问题分析、求解方案以及相关... 第七届全国空间轨道设计竞赛乙组题目以近地轨道卫星编队的燃料最优构型重构问题为背景,要求合理设计从星的相对飞行轨迹,构建尽可能多的目标构型,并考虑燃料消耗均衡分配问题.本文介绍了该题目的解法,包括问题分析、求解方案以及相关计算结果.由于燃料最优控制问题可用能量最优控制问题近似,文中采用能量最优连续推力优化模型近似计算燃料最优控制律.首先通过优化分析两两构型之间的燃料消耗,确定了构建4种目标构型的次序;然后综合考虑构型保持时间约束以及相位约束,采用混合PSO(particle swarm optimization)算法进行全局优化;最后将影响燃料消耗指标的从星相对飞行轨迹的连续推力段转化为bang-bang控制. 展开更多

关键词 竞赛 轨道设计 编队重构 连续推力

下载PDF 职称材料

轨道维持与调相的综合优化策略研究 被引量：3

17

作者 沈红新 周英 李海阳 《空间控制技术与应用》 2009年第4期61-64,共4页

在交会对接飞行任务设计研究中必须首先确定目标航天器的轨道设计策略,研究了一种将目标航天器轨道维持和调相两种任务进行综合优化的策略.轨道维持的任务是使得目标航天器轨道的形状和位置符合交会要求,调相的任务是使目标航天器在轨... 在交会对接飞行任务设计研究中必须首先确定目标航天器的轨道设计策略,研究了一种将目标航天器轨道维持和调相两种任务进行综合优化的策略.轨道维持的任务是使得目标航天器轨道的形状和位置符合交会要求,调相的任务是使目标航天器在轨道中的初始相位角符合交会要求.在考虑了交会对接发射窗口、交会终端约束条件下,将目标航天器轨道设计问题转化为一个非线性规划问题,应用序列二次规划方法对其进行了求解.仿真计算表明,这种方法既能以较少变轨次数满足交会对接任务要求,又能节省燃料,为空间交会对接任务规划提供了重要参考. 展开更多

关键词 交会对接 轨道维持 调相 优化

下载PDF 职称材料

第四届全国空间轨道设计竞赛冠军团队解法 被引量：3

18

作者 沈红新 罗亚中 李海阳 《力学与实践》 北大核心 2013年第1期99-101,共3页

介绍第四届全国空间轨道设计竞赛的解法,主要包括问题分析、求解方案规划、飞行序列选择和计算结果.本文的求解思路特点是,着重探测目标的特性分析,通过目标之间的排列组合来确定飞行序列,计算表明该方法能够有效降低计算量和保留最优解.

关键词 竞赛 深空探测 轨道设计 小推力

下载PDF 职称材料

银河系移民轨道设计——第十届国际空间轨道设计大赛冠军团队总结 被引量：2

19

作者 舒鹏 罗亚中 沈红新 《力学与实践》 北大核心 2019年第4期498-504,共7页

由美国喷气推进实验室(Jet Propulsion Laboratory,JPL)主办的第十届国际空间轨道设计大赛于2019年6月落下帷幕,中国队伍首次在该赛事中夺冠。本届比赛在历史上首次以科幻任务为背景,需设计对银河系10万颗恒星的最优移民轨道方案。本文... 由美国喷气推进实验室(Jet Propulsion Laboratory,JPL)主办的第十届国际空间轨道设计大赛于2019年6月落下帷幕,中国队伍首次在该赛事中夺冠。本届比赛在历史上首次以科幻任务为背景,需设计对银河系10万颗恒星的最优移民轨道方案。本文介绍了银河系移民的任务要求、引力模型和飞船机动模型,着重分析了赛题的评价指标。引入了树结构来表示移民方案,并对移民树初始分布的选取方法进行了描述,再对比介绍了正向和反向两种移民树生成策略。同时对竞赛中使用的移民树局部优化和拓扑重构等方法进行了简要说明,并在银河系星图中以树结构展示了冠军方案。对本届竞赛的意义进行了总结,得到了一些有益的启发。 展开更多

关键词 国际空间轨道设计大赛 银河系移民 轨道优化

下载PDF 职称材料

考虑多种约束的探月飞船跳跃式再入走廊优化设计 被引量：2

20

作者 杜昕 李海阳 沈红新 《载人航天》 CSCD 2014年第5期443-448,共6页

探月飞船升阻比较低,再入时为达到长的飞行纵程,必须采用跳跃式再入方式。考虑多种约束条件,对跳跃式再入走廊进行了优化设计。首先,对路径约束进行分析,根据跳跃式再入轨迹的动力学特性对轨迹进行分段,推导了关键段中路径约束间的解析... 探月飞船升阻比较低,再入时为达到长的飞行纵程,必须采用跳跃式再入方式。考虑多种约束条件,对跳跃式再入走廊进行了优化设计。首先,对路径约束进行分析,根据跳跃式再入轨迹的动力学特性对轨迹进行分段,推导了关键段中路径约束间的解析关系式,并在此基础上对优化问题进行了简化;其次,对滚转角速度约束进行分析,通过选择合理的离散点个数来保证角速度约束的满足;最后,为保证结果的高精度与全局最优性,采用两层优化策略进行求解,先利用高斯伪谱法得到控制变量初值,再将初值代入直接打靶法中计算得到最终结果。仿真结果表明:路径约束分析结果与优化结果保持一致,可在一定程度上简化优化问题;对滚转角速度约束的处理简单有效;两层优化策略能使问题快速收敛到满足约束的高精度解。 展开更多

关键词 跳跃式再入走廊 路径约束 滚转角约束 两层优化策略

下载PDF 职称材料