再入动力学的性质及其在轨迹优化中的应用*

王泽国，孟 斌

(1.北京控制工程研究所，北京100190;2.空间智能控制技术重点实验室，北京100190)

再入动力学的性质及其在轨迹优化中的应用*

王泽国1，2，孟 斌1，2

(1.北京控制工程研究所，北京100190;2.空间智能控制技术重点实验室，北京100190)

考虑具有终端约束和过程约束的探月返回飞行器再入轨迹设计问题，通过将性能指标泛函定义为再入终端位置误差的平方和，再入轨迹设计问题转化为具有过程约束和状态方程约束的优化问题.首先仅考虑状态方程约束，利用最大值原理，得到该优化问题的必要条件，选取间接法中的共轭梯度算法求解最优控制量.进而针对轨迹约束问题，研究了再入过载和轨道飞行段飞行距离与航迹角以及倾侧角的关系，在此基础上，提出了采用调整初始倾侧角序列的方法实现过程约束.该算法克服了罚函数方法中需要调节参数较多的问题，并且物理意义明确，实现简单.最后，给出了Apollo再入轨迹优化的数值仿真算例，验证了所给出算法的有效性.

探月返回;跳跃式再入;轨迹优化;再入动力学的性质;初值调整

近年来，探月飞行器的研究继Apollo后得到广 泛关注.对于探月返回再入轨迹规划问题，由于飞行器运动方程复杂，一般采用数值方法求解.数值方法可以分为直接法和间接法，两种方法各有优缺点[1].直接法将优化问题转化为非线性规划问题，采用某种优化算法来求解.由于飞行器运动精度要求较高，因此需要更多的离散点……