袁旭，朱圣英(1. 北京理工大学 深空探测技术研究所，北京 100081；2. 深空自主导航与控制工信部重点实验室，北京 100081；3. 飞行器动力学与控制教育部重点实验室，北京 100081)



基于伪谱法的小天体最优下降轨迹优化方法

袁旭1,2,3，朱圣英1,2,3
(1. 北京理工大学 深空探测技术研究所，北京 100081；2. 深空自主导航与控制工信部重点实验室，北京 100081；3. 飞行器动力学与控制教育部重点实验室，北京 100081)

摘 要：针对小天体着陆探测下降阶段的多约束轨迹优化问题，基于Gauss伪谱法进行了燃耗最优下降轨迹优化设计，得出了燃耗最优下降轨迹。建立了小天体下降轨迹优化问题的最优控制问题模型，采用Gauss伪谱法进行离散化，转化为非线性规划问题进行了求解。数学仿真结果显示：优化结果符合各项约束条件，以零速度到达了目标着陆点，且符合燃耗最优的优化目标。利用Gauss伪谱法进行小天体最优下降轨迹优化，计算速度快，求解精度高。

关键词：小天体；下降；着陆；轨迹优化；Gauss伪谱法

0 引 言

小天体探测是人们认识和研究太阳系的起源与演化的重要手段，是21世纪深空探测活动的重要内容。随着小天体探测活动的不断发展，探测手段从飞跃探测等简单形式逐渐向撞击、着陆、采样返回等更为复杂、科学成果更加丰富的形式转变[1]。迄今，人类2次成功完成了着陆任务，一次为2001年2月，NASA发射的NEAR探测器着陆于Eros小行星[2]，另一次为2005年11月，日本JAXA发射的Hayabusa探测器着陆于Itokawa小行星并采样返回[ 3 ]。此外，欧洲空间局(ESA)发射的Rosetta探测器于2014年11月12日对Churyumov-Gerasimenko彗星进行了着陆探测。……