علوم و فناوری فضایی

علوم و فناوری فضایی

بهینه‌سازی انتقال مداری چندضربه‏ ای با استفاده از روش شبه ‌نیوتن

نوع مقاله : مقالة‌ پژوهشی‌

نویسندگان
1 دانشکدة مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران
2 پژوهشکده سامانه های ماهواره، پژوهشگاه فضایی ایران، تهران، ایران
چکیده
در این مقاله روشی جامع برای دست‌یابی به مسیرهای انتقال مداری بهینه بین دو مدار بیضوی غیرصفحه‏ای با استفاده از چند ضربه بر مبنای تکه مسیرهای لمبرت متوالی ارائه شده است. هدف، دست‌یابی به این مسیرها همراه با حداقل میزان مصرف سوخت است. از قابلیت‏های این روش پیشنهادی می‌توان به توانایی پیاده‏سازی برای تعداد دلخواه ضربه، تنوع مشخصات مدار ابتدایی و انتهایی و پوشش تمامی مسیرهای امکان‌پذیر قابل دست‌یابی به مدار هدف اشاره کرد. تعداد ضربه‏ها به عنوان ورودی مسئله لحاظ شده و مکان و زمان اعمال ضربه به عنوان متغیرهای بهینه‏سازی درنظر گرفته شده‌است. با توجه به زیادبودن تعداد متغیرهای بهینه‏سازی، از روش حل شبه‏ نیوتن جهت افزایش سرعت بهینه‏سازی کمک گرفته شده است. در راستای اعتبارسنجی روش پیشنهادی، ابتدا یک مسئلة انتقال مداری بین دو مدار دایروی بررسی شده و همگرایی حل حاصله به حل مسئله هاهمن نشان داده شده است. سپس، کارآیی روش پیشنهادی در مانورهای ملاقات و انتقال مداری نیز بررسی و نشان داده شده است.
کلیدواژه‌ها

[1]   Hohmann, W. and Ozaki, S., “The Attainability of Heavenly Bodies,” NASA Technical Translation F-44, Washington, DC, 1960.
[2]  Lion, P. M. and Handelsman, H., “Primer Vector on Fixed-Time Impulsive Trajectories,” AIAA Journal, Vol. 6, No. 1, 1968, pp. 127-132.
[3]  Prussing, J. E. andChiu, J. H., “Optimal Multiple-Impulse Time-Fixed Rendezvous Between Circular Orbits,” Journal of Guidance, Control, and Dynamics, Vol. 9, No. 1, 1986, pp. 17-22.
[4]  Lawden, D. F., “Optimal Transfer Between Coplanar Elliptical Orbits,” Journal of Guidance, Control, and Dynamics, Vol. 12, No. 3, 1992, pp. 788-791.
[5]  Taur, D. R., Coverstone-Carroll, V. and J. E. Prussing, "Optimal Impulsive Time-Fixed Orbital Rendezvous and Interception with Path Constraints," Journal of Guidance, Control, and Dynamics, Vol. 18, No. 1, 1995, pp. 54-60.
[6]  Wenzel, R. S. and Prussing, J. E., "Preliminary Study of Optimal Thrust-Limited Path-Constrained Maneuvers," Journal of Guidance, Control, and Dynamics, Vol. 19, No. 6, 1996, pp. 1303-1309.
[7]  Kim, Y. H., and Spencer, D. B., "Optimal Spacecraft Rendezvous Using Genetic Algorithms," Journal of Spacecraft and Rockets, Vol. 39, No. 6, 2002, pp. 859-865.
[8]  Pontani, M., Ghosh, P., and Conway, B. A., "Particle Swarm Optimization of Multiple-Burn Rendezvous Trajectories," Journal of Guidance, Control, and Dynamics, Vol. 35, No. 4, 2012, pp. 1192-1207.
[9]  Shakouri, A., Trajectory Shaping of Orbital Maneuver in Presence of Uncertainty, M.Sc. Thesis, Sharif University of Technology, 2017.
[10] Navabi, M. andSanatifar, M., “Optimal Impulsive Maneuver Between Elliptical Coplanar-Noncoaxial Orbits,” Journal of Space Science and Technology (JSST), Vol. 3, No., 12, 2010, pp. 67-74.
[11] Navabi, M. and Sanatifar, M., “Optimal Impulsive Orbital 3D Maneuver with or without Time Constraints,” Amirkabir Journal of Mechanical Engineering, Vol. 44, No. 53, 2012, pp. 53-69.
[12] Curtis, H. D.,Orbital Mechanics for Students,3rd Ed., Butterworth-Heinemann, Boston, 2014.
[13] Prussing, J. E., “A Class of Optimal Two-Impulse Rendezvous Using Multiple-Revolution Lambert Solutions,” Journal of the Astronautical Sciences, Vol. 48, No. 2, 2000, pp. 131-148.
[14] Shen, H. J., and Tsiotras, P., “Optimal Two-Impulse Rendezvous Using Multiple-Revolution Lambert Solutions,” Journal of Guidance, Control, and Dynamics, Vol. 26, No. 1, 2003, pp. 50-61.
[15] Zhang, G., and Mortari, D., “Constrained Multiple-Revolution Lambert's Problem,” Journal of Guidance, Control, and Dynamics, Vol. 33, No. 6, 2010, pp. 1779-1786.
[16] Engels, R., and Junkins, J., “The Gravity-Perturbed Lambert Problem: A KS Variation of Parameters Approach,” Celestial Mechanics, Vol. 24, No. 3, 1981, pp. 3-21.
[17] Kechichian, J. A., “The Algorithm of the Two-Impulse Time-Fixed Noncoplanar Rendezvous with Drag and Oblateness Effects,” Journal of the Astronautical Sciences, Vol. 46, No. 1, 1998, pp. 47-64.
[18] Schumacher, P. W., Sabol C., Higginson C. C., and Alfriend K. T., “Uncertain Lambert Problem,” Journal of Guidance, Control, and Dynamics, Vol. 38, No. 9, 2015, pp. 1573-1584.
[19] Abdelkhalik, O., and Mortari, D., “N-Impulse Orbit Transfer Using Genetic Algorithms,” Journal of Spacecraft and Rockets, Vol. 44, No. 2, 2007, pp. 456-460.
[20] Bryson, A. E., HoY. C., Applied Optimal Control,Hemisphere Publishing Corporation, London, 1975.
[21] Kelley, C. T.,Iterative Methods for Optimization,SIAM, Philadelphia,1999.
[22] Nocedal, J. and Wright, S. J., Numerical Optimization,Springer, New York, 2006.
[23] Davidon, W. C., “Variable Metric Method for Minimization,” SIAM Journal of Optimization, Vol. 1, No. 1, 1991, pp. 1-17.
[24] Fletcher, R.,Practical Methods of Optimization,John Wiley & Sons,Chichester,1987.
[25] Broyden, C. G., “A Class of Methods for Solving Nonlinear Simultaneous Equations,” Mathematics of Computation, Vol. 19, No. 92, 1965, pp. 577-593.
[26] Byrd R. H., “Analysis of a Symmetric Rank-One Trust Region Method,” SIAM Journal of Optimization, Vol. 6, No. 4, 1996, pp. 1025-1039.

  • تاریخ دریافت 23 آبان 1396
  • تاریخ بازنگری 06 بهمن 1396
  • تاریخ پذیرش 09 اسفند 1396
  • تاریخ اولین انتشار 01 خرداد 1397