Оптимальное управление относительным движением космического аппарата по критерию быстродействия на околокруговых орбитах

Авиационная и ракетно-космическая техника

2023. Т. 30. № 3. С. 163-173.

Авторы

Чжоу С. .*, Ишков С. А.**, Филиппов Г. А.***

Самарский национальный исследовательский университет им. академика С.П. Королева, Московское шоссе, 34, Самара, 443086, Россия

*e-mail: chousyao@yandex.ru
**e-mail: ishkovs@gmail.com
***e-mail: filippov.ga@ssau.ru

Аннотация

Рассматривается задача оптимального управления пространственным относительным движением космического аппарата с двигателем конечной тяги на околокруговых орбитах. Движение описывается в безразмерных переменных. В плоскости орбиты движение представлено вековыми и периодическими отклонениями, в боковой плоскости – амплитудой колебаний космического аппарата относительно базовой орбиты. Рассмотрены два варианта управления относительным движением: первый – совместное управление продольными и боковыми составляющими, второй – поэтапное управление, т. е. коррекция продольного, а затем коррекция бокового движения. В качестве критерия выбора оптимального управления принята общая продолжительность относительного движения. Выполнены расчеты оптимального управления для характерных граничных условий, приведены оценки степени неоптимальности раздельного управления при непрерывной работе двигателей.

Ключевые слова:

относительное движение космических аппаратов, орбитальная цилиндрическая система координат, безразмерные параметры движения, продольное и боковое движение, вековые и периодические составляющие движения, управление со свободной ориентацией тяги

Библиографический список

  1. Дзесов Р.А., Жуков В.Н., Мельников Е.К., Павлов В.П. Баллистический анализ схемы быстрого сближения транспортных кораблей с международной космиче ской станцией // Вестник Московского авиационного института. 2014. Т. 21. № 3. С. 73–79.

  2. Миронов В.И., Миронов Ю.В., Фоминов И.В. Энергетически оптимальное управление сближением космических аппаратов в нецентральном гравитационном поле Земли на этапе дальнего наведения // Труды СПИИРАН. 2019. Т. 18. № 1. С. 202–229. DOI: 10.15622/sp.18.1.202-229

  3. Салмин В.В., Четвериков А.С. Управление плоскими параметрами орбиты геостационарного космического аппарата с помощью двигателя малой тяги // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С.П. Королева (национального исследовательского университета). 2015. Т. 14. № 4. С. 92–101. DOI: 10.18287/2412-7329-2015-14-4-92-101

  4. Баранов А.А., Ролдугин Д.С. Шестиимпульсные маневры встречи космических аппаратов на околокруговых некомпланарных орбитах // Космические исследования. 2012. Т. 50. № 6. С. 472–480.

  5. Баранов А.А., Терехова Е.О. Оптимальная четырехим-пульсная встреча на компланарных почти круговых орбитах // Космические исследования. 1995. Т. 33. № 4. С. 420–425.

  6. Баранов А.А. Маневрирование в окрестности круговой орбиты. – М.: Спутник+, 2016. – 512 с.

  7. Han C., Xie H.W. Study on the Multi-Revolution Lambert Transfer Algorithm for Rendezvous // Chinese Space Science and Technology. 2004. Vol. 24. No. 5, pp. 9-13.

  8. Kriz J.A. A Uniform Solution of the Lambert Problem // Celestial Mechanics. 1976. Vol. 14, pp. 509–513. DOI: 10.1007/BF01229061

  9. Shen H.J., Tsiotras P. Optimal Two-Impulse Rendezvous Using Multiple-Revolution Lambert Solutions // Journal of Guidance, Control and Dynamics. 2003. Vol. 26. No. 1, pp. 50–61. DOI: 10.2514/2.5014

  10. Улыбышев Ю.П. Оптимизация многорежимных траекторий сближения с ограничениями // Космические исследования. 2008. Т. 46. № 2. С. 135–147.

  11. Hughes S.P., Mailhe L.M., Guzman J.J. A Comparison of Trajectory Optimization Methods for the Impulsive Minimum Fuel Rendezvous Problem // 26th Annual Guidance and Control Conference (Breckenridge, CO). 2003. Vol. 113, pp. 85–104. URL: https://ntrs.nasa.gov/api/citations/20030025254/downloads/20030025254.pdf

  12. Kluever C.A. Low-Thrust Trajectory Optimization Using Orbital Averaging and Control Parameterization // Spacecraft Trajectory Optimization. – Cambridge University Press, 2010, pp. 112–138. DOI: 10.1017/CBO978051177802-ifvgbymjys5.006

  13. Luo Y.Z., Li H.Y., Tang G.J. Hybrid approach to optimize a rendezvous phasing strategy // Journal of Guidance, Control and Dynamics. 2007. Vol. 30. No. 2, pp. 185-191. DOI: 10.2514/1.20232

  14. Luo Y.Z., Tang G.J., Lei Y.J. Optimization of multiple- impulse, multiple revolution, rendezvous phasing maneuvers // Journal of Guidance, Control and Dynamics. 2007. Vol. 30. No. 4, pp. 946–952. DOI: 10.2514/1.25620

  15. Luo Y.Z., Tang G.J., Li H.Y. Optimization of multi-impulse minimum-time rendezvous using a hybrid genetic algorithm // Aerospace Science and Technology. 2006. Vol. 10. No. 6, pp. 534-540. DOI: 10.1016/j.ast.2005.12.007

  16. Luo Y.Z., Zhang J., Li H.Y., Tang G.J. Interactive optimization approach for optimal impulsive rendezvous using primer vector and evolutionary algorithms // Acta Astronautica. 2010. Vol. 67. No. 3–4, pp. 396–405. DOI: 10.1016/j.actaastro.2010.02.014

  17. Luo Y.Z., Li H.Y., Tang G.J. Hybrid approach to Optimize a Rendezvous Phasing Strategy // Journal of Guidance, Control and Dynamics. 2007. Vol. 30. No. 1, pp. 185–191. DOI: 10.2514/1.20232

  18. Zhang J., Wang X., Ma X.B. et al. Spacecraft long-duration phasing maneuver optimization using hybrid approach // Acta Astronautica. 2012. Vol. 72, pp. 132–142. DOI: 10.1016/j.actaastro.2011.09.008

  19. Филиппов Г.А. Формирование Парето оптимальных номинальных программ управления относительным движением космического аппарата с конечной тягой на околокруговых орбитах: Дисс канд. техн. наук. – Самара, 2023. – 131 с.

  20. Ишков С.А., Филиппов Г.А. Исследование оптимальных программ управления относительным движением космического аппарата с ограниченной тягой // Космические исследования. 2023. Т. 61. № 3. С. 248–257. DOI: 10.31857/S0023420622600155

  21. Константинов М.С., Каменков Е.Ф., Перелыгин Б.П., Безвербый В.К. Механика космического полёта: Учеб. – М.: Машиностроение, 1989. – 408 с.

  22. Аппазов Р.Ф., Сытин О.Г. Методы проектирования траекторий носителей и спутников Земли. – М.: Наука, 1987. – 440 с.

  23. Эльясберг П.Е. Введение в теорию полета искусственных спутников Земли. – М.: Наука, 1965. – 540 с.

  24. Ишков С.А. Сближение космических аппаратов с малой тягой на околокруговых орбитах // Космические исследования. 1992. Т. 30. № 2. С. 165–179.

  25. Авксентьев А.А. Метод управления сближением космического аппарата с орбитальным объектом на участке дальнего наведения // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2017. Т. 60. № 8. С. 689–696. DOI: 10.17586/0021-3454-2017-60-8-689-696

  26. Олейников И.И., Аксенов О.Ю., Павлов В.П. Стратегия расчёта вероятности безопасного порога сближения двух космических объектов // Вестник Московского авиационного института. 2012. Т. 19. № 2. С. 29–34.

  27. Мынкин В.А., Обносов Б.В. Минимизация систематической составляющей «мгновенного пролета» и спрямление траектории в задаче пересечения траекторий двух летательных аппаратов // Вестник Московского авиационного института. 2011. Т. 18. № 2. С. 15–25.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2024