载人登月绕月自由返回轨道混合-分层优化设计 被引量：12

1

作者 曹鹏飞 贺波勇 +1 位作者 彭祺擘 李海阳 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第4期331-337,共7页

针对载人登月绕月自由返回飞行任务,提出一种混合-分层轨道优化设计方法。将高精度模型下强约束自由返回轨道设计问题转化为有约束非线性规划求解问题,在此基础上提出一种混合-分层优化求解策略。在双二体模型下利用差分进化算法(DE)与... 针对载人登月绕月自由返回飞行任务,提出一种混合-分层轨道优化设计方法。将高精度模型下强约束自由返回轨道设计问题转化为有约束非线性规划求解问题,在此基础上提出一种混合-分层优化求解策略。在双二体模型下利用差分进化算法(DE)与序列二次规划(SQP)相结合的混合优化算法快速求解了满足弱约束条件下的轨道初值问题。采用序列二次规划(SQP)构造两层迭代格式,在高精度模型和强目标约束下对初步设计轨道进行逐层修正。最后,通过仿真测试,文章所述方法的可行性与有效性得到了验证。仿真飞行结果还进一步表明该设计方法具有求解精度高、收敛速度快等优点,为探月工程任务提供了一种有效的轨道设计工具。 展开更多

关键词 载人登月 绕月自由返回飞行 轨道设计 混合-分层优化

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载人登月着陆窗口与定点返回轨道耦合设计 被引量：5

2

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

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空间站运营在轨任务并行规划技术研究 被引量：7

3

作者 邱冬阳 卜慧蛟 +2 位作者 王帅 王功波 罗亚中 《载人航天》 CSCD 2016年第6期680-686,共7页

空间站运营任务规划技术是空间站长期稳定运营的核心技术。面向我国空间站建设运营需求,对空间站运营任务层建模与规划技术进行了研究。针对任务层规划任务类型多样、约束复杂及资源受限等问题,基于约束满足理论,建立了任务层规划模型;... 空间站运营任务规划技术是空间站长期稳定运营的核心技术。面向我国空间站建设运营需求,对空间站运营任务层建模与规划技术进行了研究。针对任务层规划任务类型多样、约束复杂及资源受限等问题,基于约束满足理论,建立了任务层规划模型;同时针对任务层规划问题规模大、耦合性强及难于求解的特性,提出了一种任务层规划问题并行求解方法。仿真结果表明,本文提出的并行求解方法相较传统的串行规划算法加速比可达14.19,能有效快速求解空间站运营任务层规划问题。研究结论可为我国空间站运营相关规划系统研制提供参考。 展开更多

关键词 空间站 运营 任务规划 并行计算

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近地一次环月两次交会的载人登月任务规划 被引量：7

4

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

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空间站运营物资需求预测建模与仿真研究 被引量：4

5

作者 刘承兰 叶东明 +1 位作者 赵千川 李宏伟 《载人航天》 CSCD 2017年第3期290-296,305,共8页

针对空间站物资消耗多样化特点,建立了空间站离散类物资和连续类物资的消耗模型,从多个角度分析了现有预测方法在空间站物资补给预测中的适用性,并基于"离散与连续类物资相区别"的研究思路,对空间站连续类物资消耗预测方法进... 针对空间站物资消耗多样化特点,建立了空间站离散类物资和连续类物资的消耗模型,从多个角度分析了现有预测方法在空间站物资补给预测中的适用性,并基于"离散与连续类物资相区别"的研究思路,对空间站连续类物资消耗预测方法进行理论分析和仿真验证。以航天食品为例,分析其在空间站长期运营期间的消耗特点及规律,采用时间序列、因果回归等预测算法进行仿真对照分析,提出了与在轨任务相关联的空间站连续类物资需求预测方法。研究成果可为空间站运营物资补给预测深入研究提供参考。 展开更多

关键词 空间站运营 物资补给 需求预测 消耗建模 仿真

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载人登月地月转移轨道方案综述 被引量：6

6

作者 彭祺擘 张海联 《载人航天》 CSCD 2016年第6期663-672,705,共11页

在总结国内外月球探测地月转移轨道研究进展与现状的基础上,从整体上研究了地月转移轨道的设计模型及设计约束,分析了不同类型地月转移轨道的特点及适用性。结合载人登月飞行任务特点,讨论了可满足载人登月任务约束的轨道类型及方案,并... 在总结国内外月球探测地月转移轨道研究进展与现状的基础上,从整体上研究了地月转移轨道的设计模型及设计约束,分析了不同类型地月转移轨道的特点及适用性。结合载人登月飞行任务特点,讨论了可满足载人登月任务约束的轨道类型及方案,并通过仿真计算和对比现有转移轨道研究结论,分析了不同类型轨道的飞行时间、能量消耗、月面可达区域等特性,提出了应用建议,可为载人登月任务地月转移轨道方案深入研究提供参考。 展开更多

关键词 载人登月 地月转移轨道 设计约束 地月平动点 自由返回轨道

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载人月面着陆过程的应急上升轨道优化设计 被引量：2

7

作者 彭祺擘 张海联 《载人航天》 CSCD 2015年第2期187-192,共6页

研究了月面软着陆过程发生故障后的应急上升轨道,建立了整个应急上升过程的优化设计模型,并针对构建的强约束轨道优化问题,设计了将Gauss伪谱法和直接打靶法结合的混合优化策略,求解得到了满足应急条件的上升轨道参数。仿真分析表明该... 研究了月面软着陆过程发生故障后的应急上升轨道,建立了整个应急上升过程的优化设计模型,并针对构建的强约束轨道优化问题,设计了将Gauss伪谱法和直接打靶法结合的混合优化策略,求解得到了满足应急条件的上升轨道参数。仿真分析表明该方法可以有效解决月面应急上升轨道优化问题,且求解收敛性和鲁棒性较好,可为同类问题的求解提供参考。 展开更多

关键词 月面着陆 应急上升 轨道设计 高斯伪谱法 直接打靶法

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基于协同的空间站运营飞行任务规划方法研究 被引量：2

8

作者 王帅 张海联 陆彬 《载人航天》 CSCD 北大核心 2018年第3期333-339,共7页

结合我国空间站运营任务需求,针对规划对象需求多样、约束复杂、在轨资源有限及多用户参与等特征,分析了基于协同的飞行任务规划问题;从用户模型与规划模型两方面构建了协同规划模型;提出了多级递阶控制的协同规划策略,把维数高、求解... 结合我国空间站运营任务需求,针对规划对象需求多样、约束复杂、在轨资源有限及多用户参与等特征,分析了基于协同的飞行任务规划问题;从用户模型与规划模型两方面构建了协同规划模型;提出了多级递阶控制的协同规划策略,把维数高、求解难的复杂协同规划问题分解为系统内、系统间等不同层级协同规划;基于分布式网络,采用B/S架构设计了协同规划支撑环境,实现了协同过程全局数据一致性控制。设计实现了验证环境基本功能,相关实例验证结果表明,分布式协同规划支撑环境具有技术可行性。研究成果可为我国空间站运营规划提供参考。 展开更多

关键词 空间站 协同规划 规划模型 多级递阶控制

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空间站核心舱的全频域声振环境仿真预示研究 被引量：2

9

作者 仲作阳 张海联 周建平 《载人航天》 CSCD 2017年第6期719-723,共5页

空间站的设备功率大、噪声源数目多、声振环境特性复杂,为确保舱段噪声指标满足要求,基于声学有限元、统计能量分析以及FE-SEA混合方法,建立了整舱全频段的复杂声振耦合精细化噪声仿真模型。对环控、热控及推进分系统等多种噪声源单独... 空间站的设备功率大、噪声源数目多、声振环境特性复杂,为确保舱段噪声指标满足要求,基于声学有限元、统计能量分析以及FE-SEA混合方法,建立了整舱全频段的复杂声振耦合精细化噪声仿真模型。对环控、热控及推进分系统等多种噪声源单独工作或同时工作时密封舱内的噪声进行仿真,得到了舱内全频域噪声水平特性分布,并对现有吸声降噪措施进行了对比评价。研究结果表明:目前设计状态下,三个睡眠区、小柱段工作通道和大柱段工作通道总的声压级在个别频率点处略微偏高,是后续噪声控制的重点。 展开更多

关键词 空间站 全频域声振环境 统计能量分析 声学有限元 FE-SEA混合法

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载人飞船自主应急返回着陆区适应能力分析

10

作者 李九人 林西强 +1 位作者 李英良 张海联 《载人航天》 CSCD 2015年第5期468-471,478,共5页

我国现有载人飞船自主应急返回着陆区是按照空间实验室任务阶段之前应急返回需求设计的,在空间站任务阶段,航天器轨道高度和轨道倾角设计范围与前期有较大变化,因此,有必要分析现有自主应急返回着陆区能否满足后续任务需求。通过进行载... 我国现有载人飞船自主应急返回着陆区是按照空间实验室任务阶段之前应急返回需求设计的,在空间站任务阶段,航天器轨道高度和轨道倾角设计范围与前期有较大变化,因此,有必要分析现有自主应急返回着陆区能否满足后续任务需求。通过进行载人飞船应急返回问题分析,提出了弹道式返回等价分析模型。构建了星下点轨迹、应急着陆区边界、弹道式返回航程计算等数学模型,形成了适应能力分析判据。对现有自主应急返回着陆区适应能力进行了仿真,采用STK对仿真结果进行了验证,并给出了着陆区调整的具体建议。论文研究成果可为我国空间站阶段的应急返回着陆区设置提供参考。 展开更多

关键词 载人飞船 空间站 轨道 应急着陆区

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考虑测控约束的非特殊点双冲量变轨规划算法研究

11

作者 吕纪远 张海联 +1 位作者 叶东明 李九人 《载人航天》 CSCD 2015年第6期560-563,共4页

非特殊点双冲量变轨问题中,使用近地点远地点双冲量变轨可以得到最优的速度增量,但没有考虑测控覆盖范围的约束。针对这个问题,对一般椭圆轨道的双脉冲变轨问题进行了介绍,在此基础上,将测控约束与非特殊点双脉冲变轨问题进行综合考虑,... 非特殊点双冲量变轨问题中,使用近地点远地点双冲量变轨可以得到最优的速度增量,但没有考虑测控覆盖范围的约束。针对这个问题,对一般椭圆轨道的双脉冲变轨问题进行了介绍,在此基础上,将测控约束与非特殊点双脉冲变轨问题进行综合考虑,借助轨道外推、测控覆盖分析得到一套变轨规划算法,能够在考虑测控覆盖的约束下得到非特殊点双冲量变轨的最优解。仿真结果表明,规划算法优化出的速度增量与特殊点变轨相比增加很少,且发动机工作期间满足测控约束。 展开更多

关键词 非特殊点变轨 双脉冲 测控约束

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基于SRUKF的偏心仅测角相对导航方法 被引量：4

12

作者 尤岳 王华 +1 位作者 Christophe Paccolat 李九人 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第11期1312-1322,共11页

针对以单个光学/红外相机作为相对导航敏感器的航天器,提出采用相机偏心安装和平方根无损卡尔曼滤波(SRUKF)两种方法,解决自主交会时中远距离和近距离全过程的仅测角导航(AON)问题。在观测相机安装时,人为设置一个分米量级的安装偏心,... 针对以单个光学/红外相机作为相对导航敏感器的航天器,提出采用相机偏心安装和平方根无损卡尔曼滤波(SRUKF)两种方法,解决自主交会时中远距离和近距离全过程的仅测角导航(AON)问题。在观测相机安装时,人为设置一个分米量级的安装偏心,按照观测距离分段建立相机观测模型并推导了观测敏感矩阵,从理论上证明了径向和法向相机安装偏心可以改善近距离v-bar相对位置保持点的观测度,并且对远距离导航精度没影响。构建了基于SRUKF的仅测角导航方法,该方法不需要强制要求初始估计误差满足小量假设和零均值高斯分布假设。经算例验证,在远距离时,采用本文提出的仅测角导航方法,其导航精度比传统扩展卡尔曼滤波(EKF)方法提高了一倍,计算负载降低了约10%;在近距离时,解决了仅测角导航v-bar相对位置保持点不可观测问题;并且当初始估计误差呈非高斯特性时,依然可以实现对相对距离的无偏估计。 展开更多

关键词 仅测角导航 自主交会 平方根无损卡尔曼滤波 非高斯噪声

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考虑可观测度的反交会规避机动方法 被引量：2

13

作者 于大腾 王华 李九人 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第4期15-21,共7页

针对具有自主接近能力的航天器开展了反交会规避机动方法研究。建立了仅测角相对导航模型,随后利用状态估计误差给出了可观测度的定义,量化了可观测性指标。以可观测度为评价指标,提出基于虚拟轨道的可观测度计算方法,以可观测度梯度对... 针对具有自主接近能力的航天器开展了反交会规避机动方法研究。建立了仅测角相对导航模型,随后利用状态估计误差给出了可观测度的定义,量化了可观测性指标。以可观测度为评价指标,提出基于虚拟轨道的可观测度计算方法,以可观测度梯度对规避机动方向进行优化,保证了规避机动使目标航天器的可观测性达到最大弱化,并给出了规避机动大小计算方法。给出了仿真算例,结果表明提出的方法能够使系统的可观测性明显减弱,达到了设计要求,为规避机动研究提供了一种新视角。 展开更多

关键词 可观测度 反交会 规避机动

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平方根无迹卡尔曼滤波仅测角导航的空间交会闭环协方差分析方法

14

作者 尤岳 王华 +1 位作者 Christophe Paccolat 李九人 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第4期33-39,共7页

针对基于仅测角导航的空间交会问题,开展了采用线性协方差进行闭环控制误差快速分析方法的研究。建立了基于平方根无迹卡尔曼滤波(Square Root Unscented Kalman Filter,SRUKF)的仅测角导航算法并推导了观测敏感矩阵,构建了基于多脉冲H... 针对基于仅测角导航的空间交会问题,开展了采用线性协方差进行闭环控制误差快速分析方法的研究。建立了基于平方根无迹卡尔曼滤波(Square Root Unscented Kalman Filter,SRUKF)的仅测角导航算法并推导了观测敏感矩阵,构建了基于多脉冲Hill制导的闭环控制线性协方差分析模型。算例验证结果表明:提出的闭环控制协方差分析结果与Monte Carlo打靶结果能够很好地吻合;该方法适用于采用传统扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filter,EKF)的仅测角导航问题,但其迹向位置的估计存在一个与该方向控制误差方差相当的偏心,其误差椭圆的长轴和短轴分别比基于SRUKF的估计结果大24.68%和20.56%。此外,由于采用了QR分解和Cholesky因子更新两种高效的代数运算,基于SRUKF的协方差分析模型的计算速度要比基于EKF的协方差分析模型的大10%。 展开更多

关键词 平方根无迹卡尔曼滤波 仅测角导航 闭环协方差分析 空间交会

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地月转移自由返回轨道偏差传播分析 被引量：5

15

作者 彭祺擘 贺波勇 张海联 《深空探测学报》 2016年第1期56-60,共5页

地月转移自由返回轨道的稳定性分析对载人登月任务轨道设计及中途修正策略规划有着重要意义。本文在地月会合坐标系下,推导了地月转移自由返回轨道的偏差传递方程,并基于标称轨道数据和解析方法,得到了轨道偏差随时间的扩散规律。研究... 地月转移自由返回轨道的稳定性分析对载人登月任务轨道设计及中途修正策略规划有着重要意义。本文在地月会合坐标系下,推导了地月转移自由返回轨道的偏差传递方程,并基于标称轨道数据和解析方法,得到了轨道偏差随时间的扩散规律。研究结果表明:轨道偏差会随着时间推移逐渐增大,特别是在绕月飞行后,偏差量迅速增加,偏差累积将使飞行器无法返回地球。因此,工程实际中不存在严格意义上的自由返回轨道,飞行器在地月飞行过程中必须要进行中途修正。 展开更多

关键词 载人登月 自由返回轨道 偏差传播 中途修正

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空间站舱段精细化声振耦合建模与仿真 被引量：1

16

作者 仲作阳 张海联 《载人航天》 CSCD 2016年第6期700-705,共6页

在空间站长期飞行中,持续、过度的噪声环境会危害航天员的身心健康,并影响工作效率。空间站设备功率大、噪声源数目多、噪声指标严苛,给噪声控制和设计带来很大的挑战。为确保舱段噪声指标满足要求,基于声学有限元方法,根据已掌握的噪... 在空间站长期飞行中,持续、过度的噪声环境会危害航天员的身心健康,并影响工作效率。空间站设备功率大、噪声源数目多、噪声指标严苛,给噪声控制和设计带来很大的挑战。为确保舱段噪声指标满足要求,基于声学有限元方法,根据已掌握的噪声源频谱特性、舱段构型布局、设备安装方式等建立整舱复杂声振耦合精细化噪声仿真模型。对环控、热控及推进分系统等多种噪声源单独工作或同时工作时密封舱内的噪声进行仿真,得到舱内低频噪声水平特性分布。结果表明:声振耦合下舱内的总体噪声水平远高于不考虑声振耦合的情况,并导致三个航天员睡眠区头部的声压级分布差异较大。此外,睡眠区粘贴吸声材料后,对高频段的吸声降噪效果明显,对中频段有一定的降噪效果,但对低频段几乎不起作用。 展开更多

关键词 空间站 声振耦合 噪声仿真与评价 声学有限元

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