航天器燃料最优编队机动控制的解析方法

龚德仁 陈吉安 段登平 陈昌亚

1.上海交通大学，上海 200240 2.上海卫星工程研究所，上海 200240



航天器燃料最优编队机动控制的解析方法

龚德仁1陈吉安1段登平1陈昌亚2

1.上海交通大学，上海 200240 2.上海卫星工程研究所，上海 200240

针对航天器燃料最优编队初始化、重构等机动展开研究，提出了一种解析控制方法。首先将编队机动问题从状态空间转换到构型参数空间进行分析，其次基于不等式约束分别得到轨道平面内、外运动的燃料消耗下界，进一步获得燃料最优时需要满足的条件和可行的燃料最优编队机动解析解，该解形式简单，计算量小。燃料消耗量取决于相对运动尺寸参数，而最优解的存在性取决于初始状态误差。数值仿真结果验证了所提方法的有效性和准确性。 关键词 航天器编队飞行；燃料最优机动；构型参数化；解析解

航天器编队飞行具有成本低、系统可靠性高和适应性强等优点，已成为空间分布式任务研究中的热点[1]。由于卫星携带燃料有限，上天后无法得到及时补充，因此在编队机动过程中如何节省燃料非常重要，且已被广泛关注[2]。现有的燃料优化方法可以分成2类：1)基于线性化的运动状态模型；2)基于轨道根数差。

基于线性化运动状态模型的燃料优化编队机动一般采用Clohessy-Wiltshire方程[3]、Lawden方程[4]和Tschauner-Hempel方程[5]。优化方法包括线性规划算法[6-7]、遗传算法[8]、进化算法[9]、Hamilton-Jacobian-Bellman优化方法[10-11]、主矢量算法[12-13]、线性/非线性混合优化[14]和高斯伪谱法[15-16]等。其它的研究包括编队重构的可达性与最优相位分析[17]、编队最优制导设计[18]和考虑复杂摄动的绕飞控制策略[19]等。……