《航天器轨道智能优化设计与应用》

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该成果技术属于计算机科学与技术中的航天智能优化领域。

航天器精确轨道计算与优化设计是各项航天任务的基础,对复杂航天器系统的总体应用性能具有重要的影响。航天器在轨运行过程中会受到地球非球形摄动、太阳光压、第三体引力、大气阻力等各种摄动力影响,精确轨道计算的解析形式非常复杂,而且,航天器轨道设计中待优化的决策空间较大且约束复杂,需要耗费大量计算时间,并且无法精确控制计算的精度。

该成果的完成单位从2009年开始,依托国家863计划、国家自然科学基金、湖北省自然科学基金等项目,以精确轨道计算为核心,深入系统地研究了航天器轨道智能优化设计与应用中的若干关键技术,旨在构建从轨道计算、轨道设计到轨道应用的三位一体创新技术体系,取得以下创新成果:

创新点1:首创了演化圆锥曲线拼接法,针对传统圆锥拼接法搜索时间长甚至搜索不到解的问题,创新性地提出了将逃逸轨道和捕获轨道的参数作为决策变量进行优化,同时根据不同的工程约束和任务要求,将它们转化为模型的优化变量、约束条件或罚函数的方法,显著提高了轨道拼接的效率和成功率。

创新点2:针对空间轨道设计问题的特点,创新性地设计了搜索空间采样、主成分分析、逐次逼近打靶法等轨道设计的策略,提出了复杂航天器轨道中途修正的方法,构建了解的鲁棒性优化模型,实现了误差影响下的空间轨道鲁棒性优化设计,从而极大地提高了轨道设计的精度和效率。

创新点3:提出了二体、三体、多体轨道计算模型,采用数值法和解析法两种方法,实现了对航天器轨道的精确计算,研发了一款具有完全自主知识产权的航天器轨道智能优化设计软件平台,突破了国外在航天专业工具软件上对中国的技术封锁。

项目成果解决了精确轨道计算这一严重制约卫星对地观测、深空探测应用与发展的瓶颈问题,已出版学术专著1部,发表学术论文6篇,获计算机软件著作权6项,研发的软件平台已在国家高分重大专项、地球-火星探测预研计划、国家自然灾害空间信息基础设施、数据采集卫星系统DCSS等重大工程中得到应用与检验,为国防导弹设计和卫星攻防及自然灾害空间信息基础设计等工程设计了许多轨道,成果先后入选并参展了由中央军委装备发展部主办的第二届、第三届军民融合发展高科技成果展览,为中国的航天安全奠定了坚实的基础,为中国的航天强国建设做出了巨大的贡献。

成果说明

该成果自2015年起,支撑了民用空间基础设施部分卫星组网及顶层设计论证,在复杂航天任务协同推演体系设计过程中发挥了一定的作用,为中国的民用空间基础设施的实施做出了自己的贡献,社会效益明显。该成果自2010年起已在国家自然灾害空间信息基础设施专项立项论证、数据采集卫星系统DCSS立项论证、国家民用空间基础设施体系论证等国家重大专项计划中,设计了许多工程优化轨道,为减少卫星数量、减少卫星地球站数量与科学充分地发挥星地系统效能做出了重要贡献。该成果所计算的火星行星际转移轨道优化设计结果已经应用于中国航天科技集团

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