Оптимизация гелиоцентрических траекторий с малой тягой между коллинеарными точками либрации различных планет

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Цель исследования заключается в оптимизации межпланетного перелета космического аппарата с малой тягой с использованием коллинеарных точек либрации L1 и L2 для стыковки геоцентрического или планетоцентрического участков траектории с гелиоцентрическом участком. Рассматривается задача оптимизации возмущенного гелиоцентрического участка траектории межпланетного перелета с малой тягой в рамках эфемеридной модели четырех тел, включающей Солнце, Землю, планету назначения и космический аппарат. Для оптимизации траекторий используется непрямой подход, основанный на использовании принципа максимума Понтрягина и метода продолжения. Показывается возможность сокращения требуемых затрат характеристической скорости по сравнению с оценками, полученными с применением метода точечных сфер действия.

Об авторах

В. Г. Петухов

Научно-исследовательский институт прикладной механики и электродинамики
Московского авиационного института

Email: PetukhovVG@mai.ru
Россия, Москва

С. У. Юн

Московский авиационный институт

Автор, ответственный за переписку.
Email: YunSU@mai.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Topputo F., Belbruno E. Earth–Mars transfers with ballistic capture // Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy. 2015. V. 121. Iss. 4. P. 329–346. https://doi.org/10.1007/s10569-015-9605-8
  2. Mingotti G., Topputo F., Bernelli-Zazzera F. Earth – Mars transfers with ballistic escape and low-thrust capture // Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy. 2011. V. 110. Iss. 2. P. 169–188. https://doi.org/10.1007/s10569-011-9343-5
  3. Mingotti G., Gurfil P. Mixed low-thrust invariant-manifold transfers to distant prograde orbits around Mars // J. Guidance, Control, and Dynamics. 2010. V. 33. Iss. 6. P. 1753–1764. https://doi.org/10.2514/1.49810
  4. Topputo F., Vasile M., Bernelli-Zazzera F. Low Energy Interplanetary Transfers Exploiting Invariant Manifolds of the Restricted Three-Body Problem // The J. Astronautical Sciences. 2005. V. 53. Iss. 4. P. 353–372. https://doi.org/10.1007/BF03546358
  5. Ovchinnikov M. Interplanetary Small-Satellite Missions: Ballistic Problems and Their Solutions // Gyroscopy and Navigation. 2021. V. 12. Iss. 4. P. 281–293. https://doi.org/10.1134/S2075108721040064
  6. Lo M., Ross S. The Lunar L1 Gateway: Portal to the Stars and Beyond // AIAA Space 2001 Conference. 28–30 Aug. 2001, Albuquerque, New Mexico. https://doi.org/10.2514/6.2001-4768
  7. Ross S., Koon W., M.W. Lo et al. Design of a Multi-Moon Orbiter // 13th AAS/AIAA Space Flight Mechanics Meeting. 9–13 Feb. 2003, Ponce, Puerto Rico. Art. ID. AAS 03-143. P. 669.
  8. Loeb H., Petukhov V., Popov G.A. et al. A Realistic concept of a manned Mars mission with nuclear-electric propulsion // Acta Astronautica. 2015. V. 116. P. 299–306. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2015.07.019
  9. Petukhov V., Yoon S.W. End-to-End Optimization of Power-Limited Earth – Moon Trajectories // Aerospace. 2023. V. 10. Iss. 3. Art. ID. 231. 21 p. https://doi.org/10.3390/aerospace10030231
  10. Petukhov V.G. One numerical method to calculate optimal power-limited trajectories // Intern. Electric Propulsion Conf. IEPC-95-221. Moscow, 1995. P. 1474–1480.
  11. Petukhov V.G. Optimization of Interplanetary Trajectories for Spacecraft with Ideally Regulated Engines Using the Continuation Method // Cosmic Research. 2008. V. 46. Iss. 3. P. 219–232. https://doi.org/10.1134/S0010952508030052
  12. Petukhov V.G. Method of continuation for optimization of interplanetary low-thrust trajectories // Cosmic Research. 2012. V. 50. Iss. 3. P. 249–261. https://doi.org/10.1134/S0010952512030069
  13. Haberkorn T., Martinon P., Gergaud J. Low thrust minimum-fuel orbital transfer: a homotopic approach // J. Guidance, Control, and Dynamics. 2004. V. 27. Iss. 6. P. 1046–1060. https://doi.org/10.2514/1.4022
  14. Jiang F., Baoyin H., Li J. Practical techniques for low-thrust trajectory optimization with homotopic approach // J.Guidance, Control, and Dynamics. 2012. V. 35. Iss. 1. P. 245–258. https://doi.org/10.2514/1.52476
  15. Petukhov V., Ivanyukhin A., Popov G. et al. Optimization of finite-thrust trajectories with fixed angular distance // Acta Astronautica. 2022. V. 197. P. 354–367. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2021.03.012
  16. Petukhov V.G., Yoon S.W. Optimization of perturbed spacecraft trajectories using complex dual numbers. Part. 1: Theory and method // Cosmic Research. 2021. V. 59. Iss. 5. P. 401–413. https://doi.org/10.1134/S0010952521050099
  17. Dargent T. Automatic Minimum Principle Formulation for Low Thrust Optimal Control in Orbit Transfers using Complex Numbers // Proc. 21st Intern. Symp. Space flights Dynamics. 28 Sep.–2 Oct. 2009, Toulouse, France. 2009. 9 p.
  18. Dargent T. An integrated tool for low thrust optimal control orbit transfers in interplanetary trajectories // Proc. 18th Intern. Symp. Space Flight Dynamics. 11–15 Oct. 2004, Munich, Germany. 2004. ESA SP-548. P. 143.
  19. Bertrand R., Epenoy R. CNES Technical note n°147. December 2002. P. 36.

© В.Г. Петухов, С.У. Юн, 2023