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空间后勤补给网络设计与管理系统研究

作 者: 史晓宁
导 师: 崔乃刚
学 校: 哈尔滨工业大学
专 业: 飞行器设计
关键词: 空间后勤技术 轨道链 补给策略 补给链管理 仿真软件
分类号: V351.3
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
下 载: 40次
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内容摘要


面向未来大规模深空探测,空间后勤技术是保证任务可行性、可靠性、可负担性、可维持性的重要途径之一。美国在空间后勤技术领域的研究起步较早,NASA研究人员目前已将空间后勤问题作为美国空间任务系统设计过程中的一个重要方面来考虑,这对我国发展空间技术也是一个启示。目前我国正大力发展探月工程等一系列深空探测活动,根据我国空间技术发展的实际情况,发展空间后勤技术将是十分必要的。本文以载人登月任务为背景,调研了国内外大量的外空间探测和空间后勤补给的资料,建立了空间后勤补给轨道链模型以及空间后勤补给管理模型,并设计了一套数学仿真软件,对空间后勤系统的效能进行了分析和评估。本文首先将陆地后勤补给与空间后勤补给进行类比,通过对工业、商业、军事等相关领域补给链设计的类比研究,发现它们与空间后勤补给的潜在相似点并得出空间后勤补给链的一般设计方法、基本准则和设计约束,并最终形成了一套空间后勤补给策略。然后基于时间最优及燃料最优的原则对补给节点、分段运输轨道、运输停泊轨道进行优化设计,得到满足空间后勤要求的行星际空间探测轨道,建立了空间后勤补给轨道链网络。随后通过对行星际空间探测任务补给品的研究,考虑空间任务的不确定因素以及不同类补给品的消耗速率、必要性优先级、老化和损耗等问题,建立了较为精确的空间后勤管理模型。最后将上述得到的空间后勤管理模型结合到空间后勤补给网络中,并在Matlab环境下基于网络节点开发了一套空间后勤补给链网络仿真软件,它能够在保证可靠性和可行性的基础上对空间后勤补给策略进行优化设计,并给出航天器、补给品在后勤补给网络中流动的多信息直观显示。该软件为空间后勤补给网络设计和优化、大规模后勤补给体系分析提供了一个有效的仿真工具。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-21
  1.1 本文的研究目的和意义  9-11
  1.2 空间后勤关键技术分析  11-14
  1.3 空间后勤研究现状  14-19
    1.3.1 麻省理工学院空间后勤研究现状  14-17
    1.3.2 NASA空间后勤研究现状  17-19
  1.4 论文研究内容  19-21
第2章 空间后勤补给轨道链设计  21-40
  2.1 空间后勤补给策略分析  21-23
  2.2 空间后勤补给轨道链设计方案  23-24
  2.3 地球轨道链间转移策略研究  24-35
    2.3.1 霍曼转移轨道  24-25
    2.3.2 兰勃特转移轨道  25-29
    2.3.3 远程交会轨迹优化  29-35
  2.4 仿真计算  35-39
    2.4.1 霍曼转移轨道仿真算例  35
    2.4.2 兰勃特转移轨道仿真算例  35-37
    2.4.3 远程转移轨道轨迹优化仿真算例  37-39
  2.5 本章小结  39-40
第3章 空间后勤管理系统模型建立  40-47
  3.1 空间后勤补给需求模型  40-41
  3.2 空间后勤管理系统效能评估模型  41-46
    3.2.1 人员探测时间  41-42
    3.2.2 探测质量分配  42-43
    3.2.3 总发射质量  43
    3.2.4 发射载荷能力  43-44
    3.2.5 返回载荷能力  44-45
    3.2.6 探测能力  45
    3.2.7 相对探测能力  45-46
  3.3 本章小结  46-47
第4章 空间后勤补给网络仿真软件设计  47-57
  4.1 软件设计思路  47-49
  4.2 软件详细设计方案  49-56
    4.2.1 创建新方案  49-50
    4.2.2 读取现有方案  50
    4.2.3 方案对比研究  50-53
    4.2.4 数据批处理  53-56
  4.3 本章小结  56-57
第5章 空间后勤补给网络在载人登月任务中的应用  57-64
  5.1 奔月过程燃料消耗分析  57-61
    5.1.1 获取Δv速度增量所消耗的燃料质量  57-58
    5.1.2 载人登月航天器质量估算  58-59
    5.1.3 载人登月航天器近地轨道出发质量估计  59-61
  5.2 基于空间后勤补给软件的载人登月任务可视化  61-63
  5.3 本章小结  63-64
结论  64-66
参考文献  66-70
攻读硕士学位期间所发表的学术论文  70-72
致谢  72

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中图分类: > 航空、航天 > 航空 > 航空港(站)、机场及其技术管理 > 航空港(站)、机场 > 地面设备
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