一種基于任務分區的軌道轉移飛行器軌跡重規劃方法

馬昊磊 陳 攀 徐 帆 李學鋒

1.北京航天自動控制研究所，北京 100854 2.宇航智能控制技術國家級重點實驗室，北京 100854 3.西昌衛星發射中心，西昌 615000

0 引言

軌道轉移飛行器又稱為上面級火箭，是一種由運載火箭基礎級發射送入近地軌道后，通過多次變軌將有效載荷送入預定工作軌道的獨立飛行器。我國自主研發的“遠征”系列軌道轉移飛行器已完成包括北斗導航系統組網在內的多次飛行任務[1]。面對未來航天任務多元化的發展趨勢，軌道轉移飛行器必須具備對故障的自主處理能力。當任務過程中出現飛行偏差時，軌道轉移飛行器通過軌跡重規劃設計，實時評估剩余入軌與控制能力，動態處理飛行過程約束，實現在線重規劃問題求解，從而最大限度地提高飛行任務的可靠性。

通常情況下，軌道轉移飛行器的發動機推力大小不可調節，重規劃問題主要對發動機工作時間與推力方向進行優化求解。近年來，軌跡重規劃問題多選用較為復雜的三維運動模型，優化算法需要考慮多路徑約束與多終端約束[2]，并設法解決實時性問題。現代計算機技術的發展，使得基于數值方法的軌跡規劃問題快速求解[3]成為可能。采用凸規劃的方法可以有效降低求解問題的復雜度，能夠在保證精度[4]的前提下實現快速規劃[5-6]。本文設計了一種任務分區方案，重構了優化問題的約束條件與性能指標，采用序列凸規劃[7]完成了不同情況下的優化問題求解，重新規劃出滿足條件的飛行軌跡。……