یک رویکرد نزدیک به بهینه به منظور برنامه ریزی یک مانور پیشران پیوسته با درنظرگیری اغتشاش پخیدگی زمین

جعفریان, فاطمه; بختیاری, مجید; عباسی, احسان

doi:10.22034/jsst.2025.1562

یک رویکرد نزدیک به بهینه به منظور برنامه ریزی یک مانور پیشران پیوسته با درنظرگیری اغتشاش پخیدگی زمین

مقالات آماده انتشار

نوع مقاله : مقالة‌ پژوهشی‌

نویسندگان

فاطمه جعفریان ¹

مجید بختیاری ²

احسان عباسی ³

¹ دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده فناوری‌های نوین، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

² استادیار، دانشکده فناوری‌های نوین، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

³ دکتری، دانشکده علوم و فناوری‌های میان رشته‌ای، دانشگاه تهران، تهران، ایران

10.22034/jsst.2025.1562

چکیده

این مقاله به ارائه یک رویکرد نوین برای طراحی بهینه مسیر انتقال مداری یک ماهواره با رانش پیوسته می‌پردازد. در این پژوهش، زاویه نشانه‌روی پیشران به‌عنوان پارامتر کنترلی با استفاده از سری فوریه محدود تقریب زده شده و ضرایب سری فوریه از طریق الگوریتم ژنتیک انتخاب شده است. هدف از این بهینه‌سازی، تضمین رسیدن به موقعیت مطلوب در مدار نهایی و تحقق شرایط مماسی در نقاط ورود و خروج جهت کاهش میزان پیشران مصرفی است. مزیت روش پیشنهادی، توانایی آن در لحاظ‌کردن اغتشاشات مداری، مانند اثر پخیدگی زمین، بدون افزایش قابل‌توجه پیچیدگی محاسبات است. مدل پیشنهادی همچنین نیازی به تعیین تعداد چرخش‌های مداری از پیش ندارد؛ بنابراین انعطاف‌پذیری بالایی در طراحی مأموریت دارد. نتایج عددی به‌دست‌آمده و شبیه‌سازی‌های انجام شده نشان می‌دهند که این روش، دقت و کارایی مناسبی در انتقال بین مدارهای مختلف دارد. همچنین، تحلیل عملکرد این روش در برابر تغییرات پارامترهایی نظیر نیروی رانش و شرایط اولیه مداری، نشان‌دهنده پایداری و قابلیت تطبیق بالای آن است. در مجموع، این مقاله یک چارچوب کارآمد برای طراحی مانورهای رانش پیوسته در مأموریت‌های فضایی ارائه داده است که به کاهش مصرف سوخت، کاهش زمان انجام عملیات و بهینه‌سازی هزینه‌های کلی مأموریت منجر شده است. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . -

کلیدواژه‌ها

مانور رانش پیوسته

الگوریتم ژنتیک

رویکرد نزدیک به بهینه

اغتشاش پخیدگی زمین

طراحی مسیر

موضوعات

مهندسی فضایی

[1] D. Malyuta, Y. Yu, P. Elango, and B. Açıkmeşe, "Advances in trajectory optimization for space vehicle control," Annual Reviews in Control, vol. 52, pp. 282–315, 2021, https://doi.org/10.1016/j.arcontrol.2021.04.013.

[2] S. Lee, P. Von Allmen, W. Fink, A. F. Petropoulos, and R. J. Terrile, "Design and optimization of low-thrust orbit transfers," in Aerospace Conference, Big Sky, MT, USA, 2005, https://doi.org/10.1109/AERO.2005.1559377.

[3] M. Fakoor, S. Sadeghi, and M. Bakhtiari, "Investigation of Low Thrust Optimal Orbital Transfer from LEO to GEO Considering Circular Orbits," The Journal of the Astronautical Sciences, vol. 67, no. 1, pp. 77-97, 2020. https://doi.org/10.1007/s40295-019-00184-1.

[4] J. T. Betts, "Optimal low-thrust orbit transfers with eclipsing," Optimal Control Applications and Methods, vol. 36, no. 2, pp. 218–240, 2015, https://doi.org/10.1002/oca.2111.

[5] G. I. Varga and J. M. Sánchez Pérez, "Many-revolution low-thrust orbit transfer computation using equinoctial Q-law including J₂ and eclipse effects," in 6^th International Conference on Astrodynamics Tools and Techniques, Darmstatd, Germany, vol. 1, pp. 29-42. 2016.

[6] M. Pontani and B. Conway, "Optimal low-thrust orbital maneuvers via indirect swarming method," Journal of Optimization Theory and Applications, vol. 162, pp. 272-292, 2014, https://doi.org/10.1007/s10957-013-0471-9.

[7] S. Sreesawet and A. Dutta, "A novel methodology for fast and robust computation of low-thrust orbit-raising trajectories," in 27th AAS/AIAA Space Flight Mechanics Meeting, San Antonio, Texas, 2017, pp. 1571-1590.

[8] C. A. Kluever and S. R. Oleson, "Direct approach for computing near-optimal low-thrust earth-orbit transfers," Journal of Spacecraft and Rockets, vol. 35, no. 4, pp. 509-515, 1998, https://doi.org/10.2514/2.3360.

[9] T. Haberkorn, P. Martinon, and J. Gergaud, "Low-thrust minimum-fuel orbital transfer: A homotopic approach," ournal of Guidance, Control, and Dynamics, vol. 27, no. 6, pp. 1046-1060, 2004, https://doi.org/10.2514/1.4022.

[10] E. Taheri and O. Abdelkhalik, "Shape-based approximation of constrained low-thrust space trajectories using Fourier series," Journal of Spacecraft and Rockets, vol. 49, no. 3, pp. 535-546, 2012, https://doi.org/10.2514/1.58789.

[11] E. Abbasali, M. Bakhtiari, and A. Panahyazdah, "An approach to near-optimal continuous-thrust solution : plane constellation deployment," Advances in Space Researchpp, vol. 75, no. 1, pp. 1217-1230, 2025, https://doi.org/10.1016/j.asr.2024.09.032.

[12] B. J. Wall and B. A. Conway, "Shape-based approach to low-thrust rendezvous trajectory design," Journal of Guidance, Control, and Dynamics, vol. 32, no. 1, pp. 95-101, 2009, https://doi.org/10.2514/1.36848.