空間快速響應航天器軌道/彈道一體化規劃①

黃文博，張 強，肖 飛，張為華

(1.國防科技大學航天與材料工程學院，長沙 410073;2.陸軍航空兵學院，北京 101123)

0 引言

空間快速響應［1］是指發生戰爭或自然災害等突發事件時，運載系統能夠在短時間內實現機動、完成測試并發射，當有效載荷入軌后能馬上執行預定任務，而不需經過長時間的在軌調整［2］。針對突發事件，運載器需要滿足“機動性”和“快速性”的要求，與液體火箭比較，小型固體運載器更適合作為“空間快速響應”任務的發射工具。

當前航天器飛行軌跡規劃的研究主要分為軌道規劃［3］和彈道規劃［4－5］兩部分。通常軌道規劃任務主要完成軌道要素的設計，彈道規劃將軌道要素作為終端約束，選擇發射點和發射時刻，并設計從發射點到入軌點的飛行彈道，軌道規劃和彈道規劃需進行反復迭代最終完成規劃任務。“空間快速響應”的特點是任務具有不確定性，軌道參數與發射諸元參數需在接到任務后進行規劃設計，要求軌道/彈道規劃設計的時間越短越好。如果采用傳統設計方法，規劃迭代時間較長，勢必影響其“快速性”。因此，將軌道/彈道作為一個整體進行優化設計是實現快速性的有效方法。由于設計參數多，單一優化算法很難對此復雜問題進行優化。近年來，改進的智能優化算法在飛行器軌跡優化設計［6－7］領域得到應用，混合優化方法［8］和分級規劃策略［9－10］由于綜合收斂性好，也在軌跡優化中得到迅速發展。

本文從任務需求出發，使用分級規劃策略，采用改進的粒子群算法和牛頓迭代算法，將空間快速響應航天器軌道、彈道進行一體化混合優化求解。……