赵吉松，王江华，王泊乔，张金明，朱航标

(1.南京航空航天大学航天学院，南京 210016；2.北京机电工程研究所，北京 100074)

0 引 言

再入返回技术是载人航天飞行的关键和难点之一。与从近地轨道返回不同，月球探测器的返回速度高达11 km/s，火星探测器的返回速度高达14.5 km/s。对于如此高的返回速度，飞行器如果采用直接再入的方式返回地球，最大过载高达17以上，远远超出了人的承受能力。跳跃式再入是减小最大过载的一种有效途径。如图1所示，飞行器以较小的再入角进入大气层，减速的同时利用大气提供的升力，跳出大气层，在大气层外作一段椭圆轨道飞行，然后重新再入大气层[1]。这种跳跃式再入方式通过两次再入减速，延长了减速时间，从而能够减小飞行器再入过程的最大过载和最大热流等[2]。

图1 跳跃式再入示意图

再入轨迹优化对于探月返回飞行器总体设计和制导控制系统设计具有重要意义[3-4]。与常规轨迹优化问题相比，跳跃式再入轨迹优化问题的特殊之处是首次再入段的微小轨迹误差会在跳出大气层的惯性飞行段被放大，进而给二次再入段轨迹带来比较大的偏差。这种二次再入段对首次再入段误差的高度敏感特性给轨迹优化带来了挑战。目前的方法为了简化，对首次再入段和二次再入段分开优化[5-6]，但是这种解耦处理方法难以保证轨迹的整体最优性。文献[7]采用高斯伪谱法对探月飞船跳跃式再入轨迹的可达域进行了分析，但是没有研究轨迹优化结果与数值积分结果的误差。……