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空间站运营总体任务规划技术研究

作　者: 林鲲鹏
导　师: 唐国金
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 航空宇航科学与技术
关键词: 空间站运营管理任务规划规划系统仿真建模
分类号: V476.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

空间站运营管理技术是实施空间站工程需要突破的关键技术,空间站运营总体任务规划是空间站运营管理的重要内容。本文以我国空间站工程预先研究任务为背景,较为系统地研究了空间站运营总体任务规划中的空间站飞行轨道任务规划、空间站维持与应用综合规划、规划系统研制、运营方案仿真建模等问题。全文主要研究成果如下:空间站飞行轨道任务规划研究。1)提出了只考虑末端轨道高度约束的空间站轨道维持与调相综合规划问题,并运用序列二次规划算法进行求解;2)给出了空间站调相规划问题的基于解析估算与摄动轨道数值积分相结合的打靶迭代求解方法;3)提出了空间站轨道任务基准周期规划问题,建立了基准周期规划模型,并将基准周期规划问题转化为多阶段动态决策问题,进而运用动态规划方法进行求解。空间站维持与应用综合规划研究。1)研究了空间站上资源消耗计算、航天员驻留任务分析、货运飞船补给分析和载人飞船访问分析等模型;2)建立了空间站维持与应用综合规划基准周期规划模型,给出了规划方法和流程;3)通过对空间站运营实例的求解和结果分析,验证了方法的有效性,体现出综合规划的价值。空间站运营总体任务规划系统研制。1)分别设计了空间站维持与应用任务综合规划和空间站飞行轨道任务规划两个子系统的功能模块,以及不同功能模块之间的数据传输关系;2)开发了具备空间站各飞行阶段轨道任务规划和仿真功能的空间站飞行轨道任务规划软件。空间站运营总体方案仿真建模方法研究。1)基于面向对象设计的思想,将空间站复杂运营场景涉及的对象概括为运营实体和运营过程两大方面,分别进行具体对象的类封装;2)研究了空间站运营总体方案仿真的方案可行性分析和方案优劣评价指标;3)给出了空间站运营总体方案的仿真流程和离散事件仿真模型,设计了仿真对象管理数据库。论文以我国空间站工程发展为背景,结合国外空间站任务规划技术的发展经验,首次研究了空间站轨道任务基准周期规划问题、空间站维持与应用综合规划问题和空间站运营总体方案仿真问题,开发了空间站飞行轨道任务规划软件,所取得的成果对于我国空间站工程总体设计与运营任务规划,具有一定的理论意义和实际应用价值。

全文目录

摘要  10-11
ABSTRACT  11-13
第一章绪论  13-27
  1.1 研究背景  13-17
    1.1.1 空间站工程发展概况  13-15
    1.1.2 空间站运营管理  15-16
    1.1.3 空间站任务规划  16-17
  1.2 空间站运营总体任务规划问题  17-20
    1.2.1 空间站飞行轨道任务规划  18
    1.2.2 空间站维持与应用综合规划  18-19
    1.2.3 空间站运营总体任务规划基准规划周期  19-20
  1.3 空间站运营任务规划研究概况  20-25
    1.3.1 载人航天任务规划技术发展  20-22
    1.3.2 空间站任务规划概念  22-24
    1.3.3 空间站飞行轨道方案  24-25
    1.3.4 空间站维持与应用  25
  1.4 本文的主要研究内容  25-27
第二章空间站各飞行阶段轨道机动规划  27-39
  2.1 引言  27
  2.2 动力学模型  27-29
    2.2.1 参考坐标系  27-28
    2.2.2 二体运动方程  28
    2.2.3 摄动运动方程  28-29
    2.2.4 脉冲变轨  29
  2.3 空间站轨道维持规划  29-34
    2.3.1 空间站轨道衰减  29-30
    2.3.2 空间站轨道维持  30-32
    2.3.3 空间站轨道维持与调相综合规划  32-34
  2.4 空间站调相规划  34-38
    2.4.1 调相原理  35
    2.4.2 规划模型  35-37
    2.4.3 算例分析  37-38
  2.5 小结  38-39
第三章空间站基准周期轨道任务规划  39-49
  3.1 引言  39
  3.2 基准周期轨道任务规划模型  39-41
    3.2.1 问题描述  39-40
    3.2.2 规划模型  40-41
  3.3 基于动态规划的基准周期轨道任务规划  41-48
    3.3.1 动态规划原理  41-42
    3.3.2 基准周期轨道任务动态规划模型  42-44
    3.3.3 算例分析  44-48
  3.4 小结  48-49
第四章空间站维持与应用综合规划  49-69
  4.1 引言  49
  4.2 站上资源消耗与补给分析  49-54
    4.2.1 站上资源消耗  49-52
    4.2.2 货运飞船补给方案分析  52-54
  4.3 站上航天员驻留与轮换分析  54-55
    4.3.1 航天员在轨驻留分析  54-55
    4.3.2 载人飞船访问方案分析  55
  4.4 基准周期规划模型  55-60
    4.4.1 问题描述  55-56
    4.4.2 规划模型  56-59
    4.4.3 求解方法  59-60
  4.5 空间站运营实例分析  60-67
    4.5.1 运营实例一  60-62
    4.5.2 运营实例二  62-67
  4.6 小结  67-69
第五章空间站运营总体任务规划系统设计与开发  69-80
  5.1 引言  69
  5.2 系统框架设计  69-72
    5.2.1 空间站维持与应用任务综合规划子系统框架  69-71
    5.2.2 空间站飞行轨道任务规划子系统框架  71-72
  5.3 软件设计与实现  72-75
    5.3.1 功能模块设计  72-74
    5.3.2 核心类设计  74-75
    5.3.3 编码实现  75
  5.4 软件应用  75-79
    5.4.1 任务配置  75-77
    5.4.2 结果输出  77-79
  5.5 小结  79-80
第六章空间站运营总体方案仿真建模  80-90
  6.1 引言  80
  6.2 问题描述  80-81
  6.3 仿真对象建模  81-84
    6.3.1 运营实体建模  81-83
    6.3.2 运营任务过程建模  83-84
  6.4 仿真评价建模  84-85
    6.4.1 方案可行性分析  84-85
    6.4.2 方案优劣评价  85
  6.5 仿真框架  85-88
    6.5.1 仿真流程  85-86
    6.5.2 离散事件仿真模型  86-87
    6.5.3 数据库设计  87-88
  6.6 小结  88-90
结束语  90-92
  论文的主要研究成果  90-91
  进一步工作展望  91-92
致谢  92-93
参考文献  93-97
作者在学期间取得的学术成果  97

空间站运营总体任务规划技术研究

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