The Translation of the Vehicle with a Controlled Thrust Vector to a Given Landing Location with Minimal Fuel Consumption

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The problem of vehicle’s translation to a certain landing location above the surface of the planet is considered. Using the Pontryagin maximum principle, the optimal control problem is reduced to a boundary value problem for a system of nonlinear differential equations. A qualitative analysis of the optimal phase trajectories of the system is carried out, their properties are established, illustrated by the results of numerical modeling. The domains in the plane of phase variables are analytically described, from which it is possible to achieve a terminal set. A synthesis of optimal control is constructed.

About the authors

N. A. Oryol

Shenzhen MSU-BIT University; Lomonosov Moscow State University

Author for correspondence.
Email: nikita.orel@math.msu.ru
Shenzhen, China; Moscow, Russia

O. Y. Cherkasov

Shenzhen MSU-BIT University; Lomonosov Moscow State University

Email: oyuche@yandex.ru
Shenzhen, China; Moscow, Russia

References

  1. Goddard R.H. A Method or Reaching Extreme Altitudes// Smithsonian Institute Misc. Collections. 1919. V. 71. № 2. P. 2–80.
  2. Hamel G. Über Eine mit dem Problem der Rakete Zusammenhängende Aufgabe der Variationsrechnung // ZAMM. 1927. Bd 7. H. 6. S. 451–452.
  3. Охоцимский Д.Е. К теории движения ракет // ПММ. 1946. Т. 10. № 2. С. 251–272.
  4. Исаев В.К. Принцип максимума Л. С. Понтрягина и оптимальное программирование тяги ракет // АиТ. 1961. Т. 22. Вып. 8. С. 986–1001.
  5. Охоцимский Д.Е., Энеев Т.М. Некоторые вариационные задачи, связанные с запуском искусственного спутника Земли // УФН. 1957. № 1а. С. 5–32.
  6. Tsien H.S., Evans R.C. Optimum Thrust Programming for a Sounding Rocket // J. American Rocket Society. 1951. V. 21. № 5. P. 99–107.
  7. Tsiotras P., Kelley H.J. Drag-law Effects in the Goddard Problem // J. Automatica. 1991. V. 27. № 3. P. 481–490. https://doi.org/10.23919/ACC.1988.4789942
  8. Miele A. An Extension of the Theory of the Optimum Burning Program for the Level Flight of a Rocket-Powered Aircraft // J. Aeronautical Science. 1957. V. 24. № 12. P. 874–884.
  9. Дмитрук А.В., Самыловский И.А. Исследование оптимальных траекторий в некоторых модификациях простейшей задачи о движении материальной точки с нелинейным сопротивлением и ограниченным расходом топлива // XII Всероссийск. cовещ. по проблемам управления (ВСПУ-2014). М.: Тр. ИПУ РАН, 2014. С. 629–632.
  10. Obert H. Die Rakete zu den Planetenräumen // R. Oldenburg. 1923. S. 1–92.
  11. Indig N., Ben-Asher J.Z., Sigal E. Singular Control for Two-Dimensional Goddard Problems Under Various Trajectory Bending Laws // J. Guidance, Control and Dynamics. 2018. V. 42. № 3. P. 1–15. https://doi.org/10.2514/1.G003670
  12. Малых Е.В., Черкасов О.Ю. Максимизация дальности полета для упрощенной модели летательного аппарата // Изв. РАН. ТиСУ. 2024. № 6. С. 28–40.
  13. Cheng R.K., Conrad D.A. Optimal Translation and Brachistochrone // J. AIAA. 1963. V. 1. № 12. P. 2845–2847.
  14. Keller W.F. Study of Spacecraft Hover and Translation Modes Above the Lunar Surface // J. of Spacecraft and Rockets. 1965. V. 5. № 2. P. 426–430.
  15. Speyer J.L., Bryson A.J. Explicit Guidance Law for Minimum Fuel Horizontal Translation with Bounded Control // Journal AAIA. 1967. V. 5. № 2. P. 340–342.
  16. Понтрягин Л.С., Болтянский В.Г., Гамкрелидзе Р.В., Мищенко Е.Ф. Математическая теория оптимальных процессов. М.: Наука, 1983.
  17. Cherkasov O.Yu., Smirnova N.V. On the Brachistochrone Problem with State Constraints on the Slope Angle // Intern. J. Non-Linear Mech. 2022. V. 139.
  18. Смирнова Н.В. Модифицированная задача о брахистохроне с фазовыми ограничениями и тягой // Вестн. МГУ. Сер. 15. Вычислительная математика и кибернетика. 2023. № 4. С. 54–60.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».