Разработка программно-математического обеспечения оптимизации траекторий КА с солнечным парусом

• Автор: Казмерчук, Павел Владимирович
• Шифр специальности: 05.07.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 130 с. : ил.

РЕФЕРАТ

Диссертация содержит 130 страниц текста, 51 рисунок, 6 таблиц, 20 источников.

СОЛНЕЧНЫЙ ПАРУС, МЕЖПЛАНЕТНЫЙ КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ С СОЛНЕЧНЫМ ПАРУСОМ, ТРАЕКТОРИЯ, УПРАВЛЕНИЕ, ОПТИМИЗАЦИЯ, ПРЯМЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СОЛНЦА, ГРАВИТАЦИОННЫЙ МАНЕВР.

Объект исследований: оптимальная межпланетная траектория

космического аппарата с солнечным парусом, включающая гравитационные маневры.

Цель работы: разработка методики моделирования и оптимизации траекторий перелета, включающих в себя множественные гравиманевры космических аппаратов, оснащенных солнечным парусом и создание на ее основе программного комплекса для решения задач оптимизации межпланетных миссий с использованием солнечного паруса.

Основные особенности: разрабатывается методика оптимизации

параметров и управлений межпланетными траекториями космических аппаратов с солнечным парусом, которая базируется на идеях оптимизации составных динамических систем и на методе последовательной линеаризации Федоренко Р.П., допускающем ограничения на функционалы, имеющие производные Фреше. Этот метод был усовершенствован в плане применения к составным динамическим системам, которая используются для описания движения КА с солнечным парусом на всей траектории перелета. Такой подход позволяет проводить «сквозную» оптимизацию и напрямую учитывать ограничения, накладываемые на все участки траектории.

РЕФЕРАТ

1 .МОДЕЛИРОВАНИЕ МЕЖПЛАНЕТНЫХ ТРАЕКТОРИЙ КА С СОЛНЕЧНЫМ ПАРУСОМ

1.1. КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ С СОЛНЕЧНЫМ ПАРУСОМ
1.1.1. Конструктивные особенности КАСП
1.1.2. Солнечный парус
1.2. ОПТИМИЗАЦИЯ КОСМИЧЕСКИХ МИССИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КАСП
1.3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ КА С СОЛНЕЧНЫМ ПАРУСОМ
1.3.1. Модель движения на межпланетных участках траектории
1.3.2. Моделирование гравитационных маневров
1.4. ЗАДАЧА ОПТИМИЗАЦИИ СЛОЖНЫХ МЕЖПЛАНЕТНЫХ ТРАЕКТОРИЙ КАК ЗАДАЧА ОПТИМИЗАЦИИ СОСТАВНОЙ ДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

1.4.1. Постановка задачи для КА с солнечным парусом
1.4.2. Факторы, подлежащие оптимизации
1.4.3. Фиксация внешних факторов влияния, определяющих конкретный облик миссии
1.4.4. Вылет из сферы действия Земли
1.4.5. Условия перехода между участками составной динамической системы для
КАСП
1.5. ВЫВОДЫ К РАЗДЕЛУ
2.МЕТОДИКА ОПТИМИЗАЦИИ СОСТАВНОЙ ДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
2.1. АЛГОРИТМ МЕТОДА ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ ЛИНЕАРИЗАЦИИ
2.2. МЕТОДИКА ВЫЧИСЛЕНИЯ ПРОИЗВОДНЫХ ФРЕШЕ
2.3. РЕГУЛЯРИЗАЦИЯ ЗАДАЧИ ЛИНЕЙНОГО ПРОГРАММИРОВАНИЯ
2.4. ВЫВОДЫ К РАЗДЕЛУ

З.ОПТИМИЗАЦИЯ ПЕРЕЛЕТА КА С СОЛНЕЧНЫМ ПАРУСОМ НА ОРБИТУ МЕРКУРИЯ
3.1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
3.1.1. Ракетно-космический комплекс
3.1.2. Космический аппарат с солнечным парусом
3.1.3. Техническая постановка задачи
3.2. ФОРМАЛИЗАЦИЯ ЗАДАЧИ
3.2.1. Схема перелета
3.2.2. Вылет из сферы действия Земли
3.2.3. Гравиманевру Венеры
3.2.4. Окончание перелета
3.2.5. Математическая постановка задачи
3.3. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ
3.3.1. Программное обеспечение
3.3.2. Траектория
3.3.3. Управление КАСП
3.4. ВЫВОДЫ К РАЗДЕЛУ
4.0ПТИМИЗАЦИЯ ПЕРЕЛЕТА КА С СОЛНЕЧНЫМ ПАРУСОМ В ОКРЕСТНОСТЬ СОЛНЦА
4.1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
4.1.1. Техническая постановка задачи
4.2. ФОРМАЛИЗАЦИЯ ЗАДАЧИ
4.2.1. Схема перелета
4.2.2. Старт от Земли
4.2.3. Гравиманевр у Венеры
4.2.4. Гравиманевр у Меркурия
4.2.5. Окончание перелета
4.2.6. Математическая постановка задачи
4.3. ВЫБОР НАЧАЛЬНОГО ПРИБЛИЖЕНИЯ
4.4. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ
4.4.1. Траектория
4.4.2. Сравнение с известным решением
4.5. ВЫВОДЫ К РАЗДЕЛУ

упростить, определяя направления только двух векторов, например 14, и N5 .(см. Рис. 1-25).
* У
Рис. 1-25 Направление осевых векторов первого и восьмого лепестков Результирующий вектор нормали к первому и восьмому лепестку можно определить из (1.16):
N,(0»)=
- ««(ю)
- )зш(©)
- віл^, )8Іп(&>)у
- соз(©)
- соэ($8 )зіп(®) -8Іп(#8)зІп(й))
(1.20)
Если ]Ч, = (лс,,_у,,г,)г; и N3 = {хь,у%,2гУ то вектора 1Ч6 и N7 определятся в силу указанной выше симметрии соответственно как: