Оптимизация перелета космического аппарата с электроракетной двигательной установкой к точке либрации L2 системы Земля-Луна

Авторы

Старинова О. Л.^*, Файн М. К.^**

Самарский национальный исследовательский университет им. академика С.П. Королева, Московское шоссе, 34, Самара, 443086, Россия

*e-mail: solleo@mail.ru
**e-mail: fain.maxim@gmail.com

Аннотация

В данной статье рассматривается оптимизация перелета c заданной околоземной орбиты к точке либрации L2, с пролетом вблизи точки либрации L1 системы Земля-Луна. Перелет осуществляется космическим аппаратом, оснащенным электрореактивной двигательной установкой. Оптимальные по быстродействию законы управления получены с использованием формализма принципа максимума Понтрягина в рамках плоской ограниченной задачи трех тел с учетом эллиптичности орбиты Луны. Кроме того, был получен параметризованный закон управления и приведена оценка степени его неоптимальности.

Ключевые слова

космический аппарат, двигатель малой тяги, оптимизация траектории, точка либрации, электрореактивный буксир

Библиографический список

1. Jones, R. M., «Comparison of potential electric propulsion systems for orbit transfer,» Journal of Spacecraft and Rockets, Vol. 21, No. 1, 1984, pp. 88-95.

2. Rayman, M. D., and Williams, S. N., «Design of the first interplanetary solar electric propulsion mission,» Journal of Spacecraft and Rockets, Vol. 39, No. 4, 2002, pp. 589-595.

3. Hermel, J., Meese, R. A., Rogers, W. P., Kushida, R. O., and Beattie, J. R., «Modular, ion-propelled, orbit-transfer vehicle,» Journal of Spacecraft and Rockets, Vol. 25, No. 5, 1988, pp. 368-374.

4. Andrews, D. G., and Wetzel, E. D., «Solar Electric Space Tug to Support Moon and Mars Exploration Missions,» AIAA Space 2005 Conference & Exhibit, AIAA-05-6739, AIAA, Long Beach, California, 2005.

5. Koppel, C., Moteurs, S., Marchandise, F., Estublier, D., and Jolivet, L., «The SMART-1 Electric Propulsion Subsystem In-Flight Experience,» 40th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit, AIAA 2004-3435, AIAA, Fort Lauderdale, Florida, 2004.

6. Galabova, K., Bounova, G., de Weck, O., and Hastings, D., «Architecting a family of space tugs based on orbital transfer mission scenarios,» AIAA Space 2003 Conference & Exhibit, AIAA 2003-6368, AIAA, Long Beach, CA, 2003.

7. Loeb H.W., Feili D., Popov G.A., Obukhov V.A., Balashov V.V., Mogulkin A.I., Murashkov V.M. , Nesterenko A.N., Khartov S., «Design of High-Power High-Specific Impulse RF-IonThruster,» 32nd International Electric Propulsion Conference, Wiesbaden, Germany, September 11 — 15, 2011. http://erps.spacegrant.org/uploads/images/images/iepc_articledownload_1988-2007/2011index/IEPC-2011-... .

8. Burke, L. M., Martini, M. C. and Oleson, S. R., «A High Power Solar Electric Propulsion — Chemical Mission for Human Exploration of Mars,» 50^th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference, AIAA 2014-3719, AIAA, Cleveland, OH, 2014

9. Yang, G., «Earth-moon Trajectory Optimization Using Solar Electric Propulsion,» Chinese Journal of Aeronautics, Vol. 20, No. 5, 2007, pp. 452-463.

10. Geffroy, S.; Epenoy, R. "Optimal low-thrust transfers with constraints---generalization of averaging techniques,«ActaAstronautica, Volume 41, Number 3, August 1997, pp. 133-149

11. Betts, J. T., and Erb, S. O., «Optimal low thrust trajectories to the moon.» SIAM Journal on Applied Dynamical Systems, Vol. 2, No. 2, 2003, pp. 144-170.

12. Ozimek, M. T., and K. C. Howell. «Low-thrust transfers in the Earth-Moon system, including applications to libration point orbits,» Journal of Guidance, Control, and Dynamics, Vol. 33, No. 2, 2010, pp. 533-549.

13. Starinova, O. L., Kurochkin, D. V., and Materova, I. L. «Optimal control choice of non-Keplerian orbits with low-thrust propulsion,» (2012, November). In 9TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON MATHEMATICAL PROBLEMS IN ENGINEERING, AEROSPACE AND SCIENCES: ICNPAA 2012 (Vol. 1493, No. 1, pp. 964-971). AIP Publishing.

14. McKay, R., Macdonald, M., Biggs, J., and McInnes, C., «Survey of highly non-Keplerian orbits with low-thrust propulsion,» Journal of Guidance, Control, and Dynamics, Vol. 34, No. 3, 2011, pp. 645-666.

15. Салмин В.В., Старинова О.Л. Оптимизация межпланетных перелетов КА с двигателями малой тяги с учетом эллиптичности и некомпланарности орбит планет // Космические исследования. 2001. Т.39. № 1. С.51-59.

16. Казмерчук П.В., Малышев В.В., Усачев В.Е. Методика оптимизации траекторий, включающих гравиманевры космического аппарата с солнечным парусом // Известия РАН. Теория и системы управления. 2007. № 1. С. 156-167.

17. Петухов В.Г. Оптимизация многовитковых перелетов между некомпланарными эллиптическими орбитами // Космические исследования. 2004. Т. 42. № 3. С. 260­279.

18. Fain. M.K., Starinova O.L. «Ballistic optimization of the L1-L2 and L2-L1 low thrust transfers in the Earth-Moon system», (2015, June). In 7th International Conference on Recent Advances in Space Technologies: RAST 2015 (pp. 95-98).

19. Fain. M.K., Starinova O.L. «The Stepwise Control Laws in the Problem of the Motion Optimization of the Electric Powered Transfers in the Earth-Moon System, Including L1-L2 and L2-L1 Missions», (2015, September). In 2015 International Conference on Environmental Engineering and Remote Sensing: EERS 2015 (pp. 126-129).

Скачать статью