Проектно-баллистическая оптимизация миссии Земля–Юпитер космического аппарата с электроракетной двигательной установкой

Авторы

Лю Ю. ^*, Старинова О. Л.^**

Самарский университет, Московское шоссе, д. 34, г. Самара, Россия

*e-mail: lykkk99kk@163.com
**e-mail: starinova@ssau.ru

Аннотация

Для оптимизации траекторий космических аппаратов (КА) с электроракетными двигательными установками (ЭРДУ) предложен метод формирования качественных начальных приближений на основе регрессионного анализа предварительно рассчитанных оптимальных траекторий. Метод, успешно примененный для миссии Земля–Марс–Земля, адаптирован для задачи перелета к Юпитеру. Численные эксперименты показали, что начальные приближения, полученные по аналитической модели, находятся в области оптимального решения, и это обеспечивает быструю сходимость итерационных методов. Тестирование во всем рассматриваемом пространстве параметров подтвердило стабильность и эффективность метода, позволяющего существенно сократить время вычислений. Полученные результаты подтверждают эффективность стратегии использования имеющейся базы данных и открывают возможности для внедрения более сложных методов оптимизации, например, нейронных сетей.

Ключевые слова:

перелет Земля–Юпитер, оптимизация траектории с малой тягой, принцип максимума Понтрягина, двухточечная краевая задача, метод продолжения по параметру, полиномиальная регрессия

Список источников

1. Носрати М., Аббасов И.Б. Электрические ракетные двигатели для исследования космоса // Компьютерные и информационные технологии в науке, инженерии и управлении КОМТЕХ-2023: Сборник трудов Всероссийской научно-технической конференции (07–09 июня 2023; Таганрог). Ростов-на-Дону: ЮФУ, 2023. Т. 1. C. 201-206. 
2.  Синявский В.В. Электроракетные транспортные аппараты в различных схемах пилотируемых полетов к Марсу // Космическая техника и технологии. 2022. № 4(39). С. 58-93.
3. Ковтун В.С., Платонов В.Н., Богачев А.В. Методика обеспечения полета автоматических космических аппаратов «Ямал» синергетическим ресурсом рабочего тела электроракетных двигателей // Космическая техника и технологии. 2023. № 4(43). С. 128-143.
4. Кошлаков В.В., Архангельский Н.И., Захаренков Л.Э. и др. Применение мощных энергодвигательных систем для выполнения транспортных задач в космосе // Инженерный журнал: наука и инновации. 2022. № 8(128): 7. DOI: 10.18698/2308-6033-2022-8-220
5.  Колганов И.В. Обзор электрических ракетных двигателей для двигательных установок малых космических аппаратов // Омский научный вестник. Сер. Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение. 2025. Т. 9. № 2. С. 94–103. DOI: 10.25206/2588-0373-2025-9-2-94-103
6. Ермолович В.М., Степень П.В. Обзор двигательных установок для наноспутников // Проблемы разработки, изготовления и эксплуатации ракетно-космической техники и подготовки инженерных кадров для авиакосмической отрасли: сборник трудов XVI Всероссийской научно-технической конференции (12–13 апреля 2022; Омск). Омск: Изд-во ОГТУ, 2022. С. 45–51. EDN GOGFBY
7. Горшков Л.К., Мосин Д.А., Синявский В.В. и др. Моделирование перелета межорбитального буксира с солнечной электроракетной двигательной установкой // Космическая техника и технологии. 2023. № 1(40). С. 75-93. EDN GVFBGC
8.  Сергаева Е.А., Старинова О.Л. Баллистический анализ миссий космических аппаратов с электроракетной двигательной установкой к малым телам Солнечной системы // Королевские чтения 2022: Сборник тезисов XLVI Академические чтения по космонавтике (25–28 января 2022; Москва). М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2022. С. 132-137.
9.  Широбоков М.Г., Суслов К.С., Овчинников М.Ю. и др. Анализ траекторий легкого лунного буксира с электрореактивной двигательной установкой // Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша. 2024. №28. DOI: 10.20948/prepr-2024-28 
10.  Петухов В.Г. Задачи оптимального управления в проектировании космических аппаратов // XVI Всероссийская мультиконференция по проблемам управления (МКПУ-2023; 11–15 сентября 2023; Волгоград). Волгоград: Изд-во ВГТУ, 2023. С. 154–157.
11.  Старинова О.Л., Лобыкин А.А., Рожков М.А. Оптимизация гелиоцентрических перелетов космического аппарата с разнотипными электроракетными двигателями // Космическая техника и технологии. 2023. № 1(40). С. 94–104.
12. Ковалев В.В., Марченко А.Д., Старостина Т.В. и др. Баллистический анализ миссии к спутнику Юпитера Каллисто с посадкой на поверхность // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. 2024. Т. 23. № 1. С. 21-37. DOI: 10.18287/2541-7533-2024-23-1-21-37
13. Константинов М.С., Мин Т. Оптимизация прямых полетов к Юпитеру с ядерной электроракетной двигательной установкой // Вестник Московского авиационного института. 2013. Т. 20. № 5. С. 22-33. URL: https://vestnikmai.ru/publications.php?ID=182553
14.  Константинов М.С., Шевченко В.В. Проектно-баллистический анализ выведения космического аппарата на гелиоцентрическую орбиту с наклонением 30 градусов к плоскости солнечного экватора // Вестник Московского авиационного института. 2024. Т. 31. № 2. С. 144–154. URL: https://vestnikmai.ru/publications.php?ID=180657
15.  Старинова О.Л. Расчет межпланетных перелетов космических аппаратов с малой тягой. Самара: Изд-во СНЦ РАН, 2007. 196 с.
16.  Иванюхин А.В. Решение задачи импульсного перелета на основе базис-вектора и метода продолжения по параметру // К.Э. Циолковский. История и современность: Сборник материалов 57 Научных чтений (20–22 сентября 2022; Калуга). Калуга: ИП Стрельцов И.А. (Эйдос), 2022. Т. 1. С. 301–303.
17.  Петухов В.Г., Чжоу Ж. Расчет возмущенной импульсной траектории перелета между околоземной и окололунной орбитами методом продолжения по параметру // Вестник Московского авиационного института. 2019. Т. 26. № 2. С. 155-165. URL: https://vestnikmai.ru/publications.php?ID=104887
18.  Иванюхин А.В. Метод построения транзитных орбит временного захвата для проектирования низкоэнергетических межпланетных перелетов // Актуальные проблемы современной механики сплошных сред и небесной механики – 2023: Сборник трудов XII Всероссийской научной конференции (15–17 ноября 2023; Томск). Томск: Изд-во ТГУ, 2023. С. 209-214.