火星采样返回气动辅助变轨研究进展

1

作者 魏昊功 孙泽洲 +3 位作者 李齐 肖志祥 李志辉 马彬 《深空探测学报(中英文)》 北大核心 2025年第3期229-240,共12页

为降低火星采样返回任务近火制动推进剂消耗,研究了利用火星大气的气动辅助变轨技术可行性。系统调研了国外大气制动与大气捕获技术工程应用与研究现状,深入分析了关键技术,包括轨道策略设计、气动力/热环境分析、大气环境建模、在轨测... 为降低火星采样返回任务近火制动推进剂消耗,研究了利用火星大气的气动辅助变轨技术可行性。系统调研了国外大气制动与大气捕获技术工程应用与研究现状,深入分析了关键技术,包括轨道策略设计、气动力/热环境分析、大气环境建模、在轨测量与控制策略及捕获走廊与防热结构设计。分析发现大气制动技术成熟,可节约速度增量约1.2 km/s,减速构型轴向力系数1.9~2.0,表面热流密度不超过8.21 kW/m^(2);对于未来火星采样返回任务,大气制动是当前最具技术可行性的途径,实施中需重点关注探测器减速效能、稳定性与气动热防护,并辅以在轨监测;同时,大气捕获需针对性开展捕获走廊优化,突破可展开式防热结构等难点(如专用防热罩气动外形设计及可展开结构验证)。本研究为任务工程实施提供了关键技术参考。 展开更多

关键词 气动辅助变轨 大气制动 大气捕获 火星大气 火星采样返回

在线阅读 下载PDF 职称材料

典型任务气动辅助变轨节省燃料的条件分析 被引量：1

2

作者 刘刚 《导弹与航天运载技术》 北大核心 2013年第5期4-6,共3页

对HEO-LEO(高地轨道-低地轨道)共面变轨和HEO-LEO异面变轨两个典型任务剖面进行了分析。通过引入理想气动辅助变轨假设,比较了气动辅助变轨和直接变轨所需的速度增量,得出气动辅助变轨节省燃料的条件。

关键词 气动辅助变轨 节省燃料

在线阅读 下载PDF 职称材料

UKF参数估计在航天器气动辅助变轨问题中的应用 被引量：1

3

作者 本立言 谢祥华 张锐 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第9期1044-1050,共7页

为快速精确地求解气动辅助变轨问题,提出一种基于无损卡尔曼滤波(UKF)参数估计的数值求解方法。首先,针对气动辅助变轨问题,利用极大值原理将其转化为对应的两点边值问题;然后,以协态变量的初值作为估计参数,以末端条件为期望观测值,将... 为快速精确地求解气动辅助变轨问题,提出一种基于无损卡尔曼滤波(UKF)参数估计的数值求解方法。首先,针对气动辅助变轨问题,利用极大值原理将其转化为对应的两点边值问题;然后,以协态变量的初值作为估计参数,以末端条件为期望观测值,将该两点边值问题转化为参数估计问题,并应用UKF滤波算法求解。该算法基于估计理论,避免了计算传统数值方法所需要的梯度矩阵,同时克服了猜测协态变量初值的困难,降低了求解气动辅助变轨问题的难度。数值仿真表明,该算法结构简单,求解效率高,具有良好的鲁棒性。 展开更多

关键词 航天器 气动辅助变轨 两点边值问题 无损卡尔曼滤波 参数估计

在线阅读 下载PDF 职称材料

过载限制下气动力辅助变轨的最优解与平衡滑行解 被引量：4

4

作者 吴德隆 彭伟斌 张海联 《导弹与航天运载技术》 北大核心 2003年第4期1-6,共6页

基于庞特里亚金最大值原理 ,获得了最优飞行轨迹中升力系数和滚转角的表达式以及平衡滑行解。平衡滑行中航迹角很小并且保持近似恒定。在数值优化计算中 ,初始值的估计是非常困难的。由于平衡滑行附近的近似解与精确最优解是很接近的 ,... 基于庞特里亚金最大值原理 ,获得了最优飞行轨迹中升力系数和滚转角的表达式以及平衡滑行解。平衡滑行中航迹角很小并且保持近似恒定。在数值优化计算中 ,初始值的估计是非常困难的。由于平衡滑行附近的近似解与精确最优解是很接近的 ,这意味着可以以平衡滑行解作为优化分析中的初始值 ,从而克服了初始值估计的难题。 展开更多

关键词 航天器轨道 优化分析 气动辅助变轨 平衡滑行

在线阅读 下载PDF 职称材料

气动辅助异面变轨在多碎片清除中的应用分析

5

作者 闫瑞东 王荣兰 +2 位作者 刘四清 师立勤 龚建村 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第1期105-113,共9页

碎片清除飞行器异面变轨需要消耗大量燃料.从气动辅助异面变轨优化设计及被清除碎片轨道高度差值、倾角差值等参数对变轨性能的影响出发,比较分析了优化气动辅助异面变轨与双脉冲霍曼轨道转移的燃料节约量,研究了不同轨道高度差对于实... 碎片清除飞行器异面变轨需要消耗大量燃料.从气动辅助异面变轨优化设计及被清除碎片轨道高度差值、倾角差值等参数对变轨性能的影响出发,比较分析了优化气动辅助异面变轨与双脉冲霍曼轨道转移的燃料节约量,研究了不同轨道高度差对于实施气动辅助变轨燃料节约量的影响.当地球静止轨道(GEO)与低地轨道(LEO)间气动辅助变轨优化速度增量约为1.55 km·s^(-1)、质量面积比172 kg·m^(-2)、比冲310 s、轨道倾角变化16°时,燃料节约率约为45%.对比研究了不同轨道高度差LEO轨道间实施气动辅助变轨的燃料节约情况.结果表明:随着轨道高度的增加,气动辅助优化效率逐渐降低;在相同高度轨道间实施异面变轨,随着轨道倾角的增加,气动辅助变轨燃料节约率先增大后减小,倾角改变量约为20°时,燃料节约率最大;当轨道倾角为5°时,采用气动辅助变轨和双脉冲变轨的燃料消耗量相同. 展开更多

关键词 多碎片清除 气动辅助变轨 轨道设计

在线阅读 下载PDF 职称材料

航天器异面气动力辅助变轨大气飞行段的最优轨迹 被引量：3

6

作者 李小龙 陈士橹 杨旭 《宇航学报》 EI CSCD 北大核心 1995年第2期1-5,共5页

本文研究航天器利用气动力辅助变轨实现由远地轨道向近地轨道异面转移问题，就航天器利用大气飞行实现减速及轨道平面机动提出了一种考虑过程约束存在时的优化设计方法。通过方案设计将函数优化问题转换成参数优化问题，并利用美国航天... 本文研究航天器利用气动力辅助变轨实现由远地轨道向近地轨道异面转移问题，就航天器利用大气飞行实现减速及轨道平面机动提出了一种考虑过程约束存在时的优化设计方法。通过方案设计将函数优化问题转换成参数优化问题，并利用美国航天飞机数据进行了模拟计算，得到满意结果。 展开更多

关键词 气动力辅助变轨 轨道转移 航天器轨道

在线阅读 下载PDF 职称材料

气动力辅助异面变轨可达范围的判别方法 被引量：2

7

作者 林西强 张育林 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 2000年第2期7-10,共4页

航天器进行气动力辅助异面变轨时 ,确定可达范围 (变轨结束时的倾角和升交点赤经 )是一个十分重要的问题。文中利用坐标变化法 ,得到了由初始轨道倾角为 0时的倾角改变量 ,确定任意初始倾角下可达范围的公式 。

关键词 气动力辅助变轨 可达性 坐标变换 航天器 判别

在线阅读 下载PDF 职称材料

气动力辅助变轨的制导研究进展 被引量：1

8

作者 吴德隆 彭伟斌 《导弹与航天运载技术》 北大核心 2003年第6期25-31,共7页

作为低成本飞行的气动力辅助变轨是当前和未来的空间和星际探测任务的一个重要策略。基于最优变轨的精度、稳定性和鲁棒性的要求 ,促进了大气飞行的制导发展。尽管最优变轨要遵循性能指标、控制余度或性能和控制余度的组合指标要求来进... 作为低成本飞行的气动力辅助变轨是当前和未来的空间和星际探测任务的一个重要策略。基于最优变轨的精度、稳定性和鲁棒性的要求 ,促进了大气飞行的制导发展。尽管最优变轨要遵循性能指标、控制余度或性能和控制余度的组合指标要求来进行 ,但是实际上可把变轨弧段分成两部分 ,再入后可采用平衡滑行 ,以获得最佳性能要求 ;逸出前的弧段则采用升力降的轨道 ,可增大逸出后近地点的高度 ,而使在希望到达的远地点的速度冲量最小。按照这种升力调制控制原则 ,讨论了 3种制导方法 :即预测校正法、显式制导法和能量控制器法 。 展开更多

关键词 气动力辅助变轨 制导方法 预测校正法 显式制导法 能量控制器法 控制余度

在线阅读 下载PDF 职称材料

气动力辅助异面变轨控制研究 被引量：1

9

作者 林西强 张育林 《中国空间科学技术》 EI CSCD 北大核心 2000年第6期8-14,29,共8页

研究了利用气动力辅助异面变轨时的控制问题。从分析系统方程的特点出发 ,将整个控制过程分为两部分 :第一部分是一个跟踪问题 ;第二部分为一高度调节问题。选用变结构控制方法 ,控制求解时使用了优化趋近法。

关键词 大气辅助变轨 气动力辅助异面变轨控制 航天器 轨道控制

在线阅读 下载PDF 职称材料

近地点高度对气动力辅助异面变轨性能的影响 被引量：1

10

作者 林西强 张育林 《中国空间科学技术》 CSCD 北大核心 2000年第2期14-19,共6页

研究了利用气动力辅助异面变轨时初始降轨段的近地点高度对变轨性能的影响 ;利用序列二次规划方法 ,考虑了最大热流限制 ,通过对最大倾角改变量和最少特征速度两类问题的优化计算 ,指出随着近地点高度的增加 ,变轨调节能力下降 ,对初值... 研究了利用气动力辅助异面变轨时初始降轨段的近地点高度对变轨性能的影响 ;利用序列二次规划方法 ,考虑了最大热流限制 ,通过对最大倾角改变量和最少特征速度两类问题的优化计算 ,指出随着近地点高度的增加 ,变轨调节能力下降 ,对初值的鲁棒性变差 ;而所需最少特征速度与要求的倾角改变量有关 。 展开更多

关键词 大气助推变轨 近地点高度 气动力辅助异面变轨

在线阅读 下载PDF 职称材料

类X-37B飞行器气动力辅助异面变轨性能研究 被引量：3

11

作者 左光 和宇硕 +4 位作者 石泳 屈峰 侯砚泽 陈鑫 张敏捷 《航天返回与遥感》 CSCD 北大核心 2017年第4期36-46,共11页

X-37B是美国波音公司制造的一种可重复使用无人升力体飞行器,其具体任务一直备受关注和猜测。X-37B轨道试验飞行器曾多次进行轨道面内和面外机动。外界猜测X-37B可能降低轨道高度,进入有稀薄大气的高度,利用气动力大幅度横跨轨道飞行。... X-37B是美国波音公司制造的一种可重复使用无人升力体飞行器,其具体任务一直备受关注和猜测。X-37B轨道试验飞行器曾多次进行轨道面内和面外机动。外界猜测X-37B可能降低轨道高度,进入有稀薄大气的高度,利用气动力大幅度横跨轨道飞行。文章分析了气动力辅助异面变轨的过程,其中在大气层内飞行段通过调整倾侧角实现侧向机动,从而改变轨道倾角。利用计算流体动力学软件计算其在高马赫数值下的气动力,为大气层内飞行动力学模型提供输入,推导气动力辅助异面变轨特征速度和推进剂消耗量的计算方法。针对不同再入角进行气动力辅助异面变轨仿真,计算轨道倾角改变量、特征速度和推进剂消耗量,并与冲量变轨比较。结果表明:类X-37B飞行器气动力辅助变轨在理论上具备一定改变轨道倾角的能力,但比冲量变轨消耗更多推进剂,变轨过程所需时间较长,相比于冲量变轨难度增大,工程实施可行性值得商榷。 展开更多

关键词 轨道机动 气动力辅助异面变轨 轨道倾角改变 推进剂消耗 航天返回 X-37B

在线阅读 下载PDF 职称材料

初始轨道高度对气动力辅助异面变轨的影响 被引量：1

12

作者 和宇硕 侯砚泽 +1 位作者 左光 张柏楠 《航天返回与遥感》 北大核心 2015年第1期1-8,共8页

气动力辅助变轨技术可以有效利用大气资源,借助气动力作用减少推进剂消耗,有可能成为未来有大气行星进入/再入飞行的重要手段之一。文章针对改变轨道平面的变轨过程,进行气动力辅助异面变轨分析,探讨了初始轨道高度对气动力辅助异面变... 气动力辅助变轨技术可以有效利用大气资源,借助气动力作用减少推进剂消耗,有可能成为未来有大气行星进入/再入飞行的重要手段之一。文章针对改变轨道平面的变轨过程,进行气动力辅助异面变轨分析,探讨了初始轨道高度对气动力辅助异面变轨性能的影响。计算气动力辅助变轨特征速度,并与冲量变轨所需消耗能量进行比较。研究结果表明:气动力辅助异面变轨推进剂消耗量与升阻比呈非线性变化,当升阻比大于某一数值时,气动力辅助异面变轨在一定初始轨道高度区间内能够节省推进剂。文章的研究成果可为有翼再入航天器的研制提供依据,为气动力辅助变轨的工程应用提供技术参考。 展开更多

关键词 气动力辅助异面变轨 初始轨道高度影响 升阻比 特征速度 再入 航天器

在线阅读 下载PDF 职称材料

气动力辅助椭圆轨道转移技术研究 被引量：2

13

作者 符俊 蔡洪 张士峰 《中国空间科学技术》 EI CSCD 北大核心 2012年第3期64-71,共8页

研究了两种共面椭圆轨道最优转移方法——基于单纯推力的双脉冲对称转移和基于气动力辅助变轨技术的协同机动方法。推导了双脉冲对称转移问题中转移椭圆轨道的求解公式,采用遗传算法求解最优变轨点位置,给出了变轨脉冲的计算方法。将气... 研究了两种共面椭圆轨道最优转移方法——基于单纯推力的双脉冲对称转移和基于气动力辅助变轨技术的协同机动方法。推导了双脉冲对称转移问题中转移椭圆轨道的求解公式,采用遗传算法求解最优变轨点位置,给出了变轨脉冲的计算方法。将气动力辅助对称转移过程分为3段:真空飞行段、大气飞行段、真空飞行段。以能量最小为性能指标,将大气飞行段轨迹优化问题转化为标准最优控制问题模型,并利用Gauss伪谱法进行求解,得到"巡航+滑行+巡航+滑行"的大气最优飞行轨迹。最后对两种转移方法进行详细比较,指出初始椭圆轨道近地点越接近大气层,气动力辅助对称转移方法比双脉冲对称转移方法越节省能量。 展开更多

关键词 气动力辅助变轨 对称转移 协同机动 遗传算法 最优控制 高斯伪谱法 航天器

在线阅读 下载PDF 职称材料

X-37B的发展现状及空气动力技术综述 被引量：15

14

作者 孙宗祥 唐志共 +2 位作者 陈喜兰 钟萍 刘晓波 《实验流体力学》 CAS CSCD 北大核心 2015年第1期1-14,24,共15页

X-37B的研制和试验国内外一直高度关注。X-37B作为跨大气层飞行器,从空气动力技术角度分析其研究工作很有意义。介绍了X-37B的发展历程,分析了战略用途,并重点介绍了涉及的一些关键气动技术,如气动布局设计优化、气动舵面/RCS/OMS复合... X-37B的研制和试验国内外一直高度关注。X-37B作为跨大气层飞行器,从空气动力技术角度分析其研究工作很有意义。介绍了X-37B的发展历程,分析了战略用途,并重点介绍了涉及的一些关键气动技术,如气动布局设计优化、气动舵面/RCS/OMS复合控制设计、热防护技术、气动辅助变轨技术等,对其利用三大手段开展的研究工作也作了简要介绍,最后简要总结了X-37B研制过程中的一些经验教训。 展开更多

关键词 X-37B 发展现状 空气动力学 气动布局 气动控制 气动辅助变轨 热防护

在线阅读 下载PDF 职称材料