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基于高斯伪谱法的火星表面上升燃耗最优轨迹设计

柯森锎 李爽 肖东东 王卫华 聂钦博

柯森锎, 李爽, 肖东东, 王卫华, 聂钦博. 基于高斯伪谱法的火星表面上升燃耗最优轨迹设计[J]. 深空探测学报(中英文), 2018, 5(3): 269-275. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2018.6.009
引用本文: 柯森锎, 李爽, 肖东东, 王卫华, 聂钦博. 基于高斯伪谱法的火星表面上升燃耗最优轨迹设计[J]. 深空探测学报(中英文), 2018, 5(3): 269-275. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2018.6.009
KE Senkai, LI Shuang, XIAO Dongdong, WANG Weihua, NIE Qinbo. Minimum-Fuel Mars Ascent Trajectory Design Based on Gauss Peseudospectral Method[J]. Journal of Deep Space Exploration, 2018, 5(3): 269-275. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2018.6.009
Citation: KE Senkai, LI Shuang, XIAO Dongdong, WANG Weihua, NIE Qinbo. Minimum-Fuel Mars Ascent Trajectory Design Based on Gauss Peseudospectral Method[J]. Journal of Deep Space Exploration, 2018, 5(3): 269-275. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2018.6.009

基于高斯伪谱法的火星表面上升燃耗最优轨迹设计

doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2018.6.009
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(11672126)

Minimum-Fuel Mars Ascent Trajectory Design Based on Gauss Peseudospectral Method

  • 摘要: 火星上升器的设计与其轨迹设计紧密相关,而现有方法大都将MAV(Mars Ascent Vehicle)的分级优化和轨迹优化解耦计算,其计算效率低且鲁棒性较差。提出了一种基于高斯伪谱法的两级MAV分级与轨迹耦合多阶段优化算法,它以MAV的发射总质量最小为目标函数,并考虑了MAV设计约束、MAV的质量模型约束、轨迹的路径约束和控制约束等限制条件。利用该方法可以同时求得发射总质量最小的两级MAV分级参数和一条燃耗最优的上升轨迹,解决了由于不合理的两级MAV分级设计导致的轨迹优化算法无法收敛的问题。数值仿真结果表明该方法具有较快的收敛速度,且对初值选取的敏感度较小、具有较强的鲁棒性。
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-12-05
  • 修回日期:  2017-12-30
  • 刊出日期:  2018-06-01

基于高斯伪谱法的火星表面上升燃耗最优轨迹设计

doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2018.6.009
    基金项目:  国家自然科学基金资助项目(11672126)

摘要: 火星上升器的设计与其轨迹设计紧密相关,而现有方法大都将MAV(Mars Ascent Vehicle)的分级优化和轨迹优化解耦计算,其计算效率低且鲁棒性较差。提出了一种基于高斯伪谱法的两级MAV分级与轨迹耦合多阶段优化算法,它以MAV的发射总质量最小为目标函数,并考虑了MAV设计约束、MAV的质量模型约束、轨迹的路径约束和控制约束等限制条件。利用该方法可以同时求得发射总质量最小的两级MAV分级参数和一条燃耗最优的上升轨迹,解决了由于不合理的两级MAV分级设计导致的轨迹优化算法无法收敛的问题。数值仿真结果表明该方法具有较快的收敛速度,且对初值选取的敏感度较小、具有较强的鲁棒性。

English Abstract

柯森锎, 李爽, 肖东东, 王卫华, 聂钦博. 基于高斯伪谱法的火星表面上升燃耗最优轨迹设计[J]. 深空探测学报(中英文), 2018, 5(3): 269-275. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2018.6.009
引用本文: 柯森锎, 李爽, 肖东东, 王卫华, 聂钦博. 基于高斯伪谱法的火星表面上升燃耗最优轨迹设计[J]. 深空探测学报(中英文), 2018, 5(3): 269-275. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2018.6.009
KE Senkai, LI Shuang, XIAO Dongdong, WANG Weihua, NIE Qinbo. Minimum-Fuel Mars Ascent Trajectory Design Based on Gauss Peseudospectral Method[J]. Journal of Deep Space Exploration, 2018, 5(3): 269-275. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2018.6.009
Citation: KE Senkai, LI Shuang, XIAO Dongdong, WANG Weihua, NIE Qinbo. Minimum-Fuel Mars Ascent Trajectory Design Based on Gauss Peseudospectral Method[J]. Journal of Deep Space Exploration, 2018, 5(3): 269-275. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2018.6.009
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