黄峰，黄悦琛，李海阳

(国防科技大学长沙410073)



基于高斯伪谱法优化算法的火星气动刹车轨道仿真

黄峰，黄悦琛，李海阳†

(国防科技大学长沙410073)

以未来火星探测任务为背景，简要分析了通过气动刹车到达目标轨道方案的优缺点。基于给定的火星大气修正指数模型，建立了气动刹车的动力学模型。针对飞行器自身和轨道限制，设置必要的约束条件，利用高斯伪谱法求解出气动刹车方案中每个周期所需的维持近火点高度的脉冲速度增量，实现了通过气动刹车的方式到达指定轨道的目标。结果表明，利用高斯伪谱法优化计算得到的气动刹车方案可以满足要求，可为气动刹车相关的后续研究提供新的思路。

火星探测；高斯伪谱法；轨道仿真；气动刹车

aerobraking

开展火星探测对于人类探索地球起源具有重要意义[1]，美国国家航空航天局(National Aeronautics and Space Administration, NASA)和欧洲宇航局(European Space Agency, ESA)等世界主要航天机构都对火星探测提出了一系列构想。在飞抵火星及到达目标轨道的过程中，燃耗的降低会使飞船的机动性减小，从而引起总时间消耗增多。因此，需要根据飞船的运载能力和任务时间的要求对时间和燃料进行优化设计，使二者的综合性能指标满足探测任务的要求，在降低燃耗的同时使时间消耗也能满足时间要求。气动刹车方案对节省燃料有着显著效果，虽然其时间消耗略长，但对非载人探索任务而言，增加时间通常是可以接受的，且该方案已被多次应用。历史上……