高浩, 张科, 王佩

(西北工业大学 航天学院, 陕西 西安 710072)

0 引言

天基拦截器的概念是随着实施空间攻防对抗、空天作战的要求而提出的,主要针对弹道导弹、临近空间飞行器等高超声速目标进行拦截打击。具有快速进入、精确接近、高度自主、大范围机动等特点,且发射不受领空、领土的限制,能有效适应多种作战任务需求,反应速度快,生存能力强[1]。典型的高超声速飞行器均具有5倍声速以上的飞行速度。当预警卫星发现来袭目标时,天基拦截器必须迅速机动变轨再入,对目标进行拦截。在整个拦截过程中,过渡段将耗费大量时间,因而必须对过渡段弹道进行优化研究,以满足快速拦截要求。

天基拦截器的过渡轨道优化设计的实质是寻找一条使性能指标最优并满足路径约束的飞行轨迹,即轨迹优化问题。考虑轨道优化间接法求解的精度较高,但基于极小值原理推导最优解的过程较为复杂和繁琐,求解两点边值问题时的收敛域很小。而直接法不需要推导一阶最优性条件,收敛域相对于间接法更宽广,对初值估计精度要求不高,不需要猜测协调变量的初值,但直接法容易收敛到局部最优[2]。因此,综合考虑轨道优化直接和间接算法的优缺点,本文采用组合优化算法以确保算法收敛到全局最优的同时满足速度、精度要求,获取时间最短的转移轨道。

1 轨道动力学模型

将拦截器视为质点,基于冲量理论及二体问题假设建立拦截……