基于自动微分与伪谱法的小推力借力轨道设计

张 勃，泮斌峰，唐 硕

(西北工业大学 航天学院，710072西安)

小推力发动机具有比冲高、质量轻的特点，在深空探测任务中，采用小推力发动机能够有效提高探测器有效载荷的比重.在可以预见的未来，小推力发动机将成为深空探测任务中不可或缺的动力系统.但是，由于小推力发动机产生的是很小的连续推力，并且工作时间很长，使得小推力转移轨道会呈现出非常强的非线性［1］，导致传统基于大推力脉冲变轨的轨道设计方法已不能满足需求.而且，由于深空探测器转移轨道必须满足发射时间、飞行时间以及星历等的约束，形成了一个多约束、高度非线性的最优控制问题，使得小推力问题的求解异常复杂.

借力飞行技术也叫引力甩摆或引力辅助轨道转移技术［2］.探测器在进入借力天体的影响球和飞出借力天体的影响球时，其相对借力天体的速度大小不变，仅改变相对速度的方向.但是探测器飞入和飞出行星影响球时相对太阳的速度大小和方向均发生了变化，从而导致探测器脱离借力天体影响球后日心轨道发生改变，达到变轨的目的.借力飞行技术不仅可以节省燃料，而且可以实现对借力天体的观测，提高探测器的利用率.

近年来，由于人类深空探测活动的需要，小推力结合借力飞行的轨道设计方法受到了广泛关注.文献［3］用间接优化的方法对小推力借力轨道的优化设计进行了研究，首先用脉冲轨道转移的方法得……