Методика формирования оптимальных программ управления перелетами космических аппаратов с малой тягой между гало-орбитами, порожденными точкой либрации l2 системы Земля–Луна
EDN: KPQRCG
Аннотация
В представленной работе решается задача оптимального управления космическим аппаратом с электроракетной двигательной установкой, маневрирующим между пространственными гало-орбитами возле точки либрации L2 системы Земля–Луна. Предложенная методика позволяет выполнять поиск начальных приближений для расчета траекторий перелетов в рамках ограниченной задачи трех тел, а также повысить вычислительную эффективность расчетов. Приводится пример расчета перелета между гало-орбитами космического аппарата с двигателями малой тяги, подтверждающий обоснованность применения данного вычислительного процесса.
Ключевые слова
При поддержке: Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-29-01092, https://rscf.ru/project/22-29-01092/
Об авторах
Ч. Ду
Самарский университет; Северо-Западный политехнический университет
Россия
Россия
Чунжуй Ду, кандидат технических наук
кафедра динамики полета и систем управления; Институт астронавтики
Самара; Китай; Сиань
О. Л. Старинова
Самарский университет; Нанкинский университет науки и технологий
Россия
Россия
Ольга Леонардовна Старинова, доктор технических наук, заведующая кафедрой
кафедра динамики полета и систем управления
Самара; Китай; Нанкин
А. Ю. Дёмина
Самарский университет
Россия
Россия
Алёна Юрьевна Дёмина, аспирантка
кафедра динамики полета и систем управления
Самара
Список литературы
1. Crusan, J.C. et al., Deep space gateway concept: Extending human presence into cislunar space, IEEE Aerospace Conference, 2018, pp. 110.
2. Parker, J.S., Anderson, R.L., Low-energy lunar trajectory design, 1st Edition, JPL Deep-Space Communications and Navigation Series, Wiley, 2014, pp. 103–106.
3. Аксенов С.А., Бобер С.А. Управление движением космического аппарата на гало-орбите при наличии ограничений на направления корректирующих маневров // Некоторые аспекты современных проблем механики и информатики, 2018. С. 166–174.
4. Шайхутдинов А.Р., Костенко В.И. Перспективы использования гало-орбиты в окрестности точки либрации L2 системы Солнце–Земля для наземно-космического радиоинтерферометра Миллиметрон // Космические исследования. 2020. Т. 58. № 5. С. 434–442.
5. Richardson, D.L., Analytic construction of periodic orbits about the collinear points, Celestial mechanics, 1980, vol. 22, no. 3. pp. 241–253.
6. Grebow, D., Generating periodic orbits in the circular restricted three-body problem with applications to lunar south pole coverage, MSAA Thesis, School of Aeronautics and Astronautics, Purdue University, 2006. pp. 1–165.
7. Calleja, R.C. et al., Boundary-value problem formulations for computing invariant manifolds and connecting orbits in the circular restricted three body problem, Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy, 2012, vol. 114, no. 1, pp. 77–106.
8. Zeng, H., Zhang, J., Modelin g low-thrust transfers between periodic orbits about five libration points: Manifolds and hierarchical design, Acta Astronautica, 2018, 145, pp. 408–423.
9. Du, C., Starinova, O.L., Liu, Y., Transfer between the planar Lyapunov orbits around the Earth–Moon L2 point using low-thrust engine, Acta Astronautica, 2022, 201, pp. 513–525.
10. Xiangyu, L., Dong, Q., Yu, C., Progress of three-body orbital dynamics study, Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 2021, 53, no. 5, pp. 1223–1245.
11. Петухов В.Г. Метод продолжения для оптимизации межпланетных траекторий с малой тягой // Космические исследования. 2012. Т. 50. № 3. С. 258–258.
12. Pérez-Palau, D., Epenoy, R., Fuel optimization for low-thrust Earth–Moon transfer via indirect optimal control, Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy, 2018, 130, № 2, pp. 1–29.
13. Ranieri, C.L., Ocampo, C.A., Indirect optimization of spiral trajectories, Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 2006, 29, № 6, pp. 1360–1366.
14. 14. Russell, R.P., Primer vector theory applied to global low-thrust trade studies, Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 2007, 30, № 2, pp. 460–472.
15. Pan, B., Pan, X., Ma, Y., A quadratic homotopy method for fuel-optimal low-thrust trajectory design, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace Engineering, 2019, 233, no. 5, pp. 1741–1757.
16. Singh, S.K. et al., Low-Thrust Earth-Moon Transfers via manifolds of a halo orbit in the cis-lunar space, 43rd Annual AAS Guidance, Navigation and Control Conference, Breckenridge, Colorado, 2020.
17. Широбоков М.Г., Трофимов С.П. Перелеты с малой тягой на окололунные орбиты с гало-орбит вокруг лунных точек либрации L1 и L2 // Космические исследования. 2020. 58. № 3. С. 223–234.
18. Hargraves, C.R., Paris, S.W., Direct trajectory optimization using nonlinear programming and collocation, Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 1987, 10, no. 4. pp. 338–342.
19. Trélat, E., Optimal control and applications to aerospace: some results and challenges // Journal of Optimization Theory and Applications, 2012, 154, no. 3, pp. 713–758.
20. Racca, G.D., Whitcomb, G.P., Foing, B.H., The SMART-1 mission, ESA bulletin, 1998, 95, pp. 72–81.
21. Foing, B.H. et al., SMART-1 mission to the Moon: status, first results and goals, Advances in Space Research, 2006, 37, no. 1, pp. 6–13.
22. Sarli, B.V. et al., Destiny trajectory design to (3200) Phaethon, The Journal of the Astronautical Sciences, 2018, 65, no. 1, pp. 82–110.
23. Pritchett, R., Howell, K., Grebow, D. Low-thrust transfer design based on collocation techniques: applications in the restricted three-body problem, Astrodynamics Specialist Conference, Stevenson, Washington, August 21–24, 2017, pp. 1–92.
24. Старинова О.Л. Расчет межпланетных перелетов космических аппаратов с малой тягой / изд. 2-е. М.: ЛЕНАНД, 2020. 200 c.
25. Shampine, L.F. et al., Solving boundary value problems for ordinary differential equations in MATLAB with bvp4c, Tutorial notes, 2000, pp. 1–27.
26. Howell, C.K., Three-dimensional, periodic,‘halo’orbits, Celestial mechanics, 1984, 32, no. 1, pp. 53–71.
27. Ким В.П. Стационарные плазменные двигатели в России: проблемы и перспективы // Труды МАИ. 2013. Т. 60. C. 1–12.
Рецензия
Для цитирования:
Ду Ч., Старинова О.Л., Дёмина А.Ю. Методика формирования оптимальных программ управления перелетами космических аппаратов с малой тягой между гало-орбитами, порожденными точкой либрации l2 системы Земля–Луна. Гироскопия и навигация. 2023;31(3):36-47. EDN: KPQRCG
For citation:
Du C., Starinova O.L., Demina A.Yu. Methodology of Optimal Control of Low-Thrust Spacecraft Transfer Between Halo Orbits around the Earth-Moon L2 Libration Point. Gyroscopy and Navigation. 2023;31(3):36-47. (In Russ.) EDN: KPQRCG
Просмотров:
44
Послать статью по эл. почте 