陈伟跃,王国军,王阳,陈蒙,张治国

中国空间技术研究院,北京 100094

1 引言

长期运行的航天器的轨道高度是变化的,如国际空间站的运行轨道高度在340～483km的范围内。对于长期运行的航天器变高度返回的工程问题,通过返回轨道设计使得再入段过载、驻点热流密度等弹道特性参数类似,对返回再入的工程实施具有重要意义。等航程再入弹道具有再入角一致,再入段航程近似不变、再入段过载和驻点热流密度等特性类似的优点,有利于返回再入控制,因此可以利用等航程再入弹道来确保制动高度变化时返回确定着陆点的再入弹道特性一致。

在再入控制过程中不论是标称轨道制导法还是预测校正制导算法,都需要用到标称返回轨道的先验信息[1-2],标称返回轨道的优化对于返回再入飞行任务设计和制导及控制系统系统设计具有重要意义[3-5]。目前标称返回轨道的设计方法多采用工程试算调试法[2]、有界试位迭代法[6]、微分修正法[7],此类方法依赖于设计经验确定初始值,需要进行反复调试才能确定初值。Gauss伪谱法[8]、局部配点法[9]、凸优化[10]、序列凸规划[11]等离散节点类优化算法则是标称返回轨道优化使用较多的方法。采用Gauss伪谱法、局部配点法进行标称返回轨道优化,为了达到较高的计算精度,需要增加离散点的数量,计算量较大。凸优化、序列凸规划对求解的问题有凸性的要求,需要将弹道优化问题中原始非凸问题转化为凸问题,转化过程较为复杂。……