Inter-orbital Spacecraft Transfer: Trajectory Design by Iterating Parameter Values within a Data Grid

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

This paper considers the problem of designing an optimal inter-orbital spacecraft transfer. We present a computational algorithm and modeling results of the optimal transfer trajectory between near-Earth elliptical orbits for spacecraft with a chemical booster and fixed thrust. The trajectory design procedure includes four stages as follows: a) formation of the primary ranges of initial approximations for typical optimization problems; b) iterative integration to find the domains of convergence for a typical variational problem; c) determination of the optimal position for each problem statement within the accepted ranges and its implementation by calculating the terminal conditions residuals; d) analysis of the results obtained. We use numerical methods of mathematical analysis and mathematical programming. The risk of “overstepping” the potentially optimal result is minimized by varying the accuracy at different stages of calculations. Based on the results, we improve the primary solution of the reference problem statement, identify the domains of convergence of solutions, and obtain the sets of initial approximation vectors ensuring convergence of the considered problems for further analysis. The results of this study can be used to develop further and refine an algorithm for selecting optimal initial approximations for different optimization problems (including spacecraft trajectory optimization as a typical one).

About the authors

E. V Savvina

Email: petrakowae@mail.ru
Moscow, Russia

References

  1. Ведякова А.О., Милованович Е.В., Слита О.В. Тертычный-Даури В.Ю. Методы теории оптимального управления. – М.: Университет Итмо, 2021. – 111 с. [Vedyakova, A.O., Milovanovich, E.V., Slita, O.V., and Tertychny-Dauri, V.U. Methods of Optimal Control Theory. – Moscow: University ITMO, 2021. – 111 s. (In Russian)]
  2. Bard, Y. Nonlinear Parameter Estimation. – New York & London: Academic Press edition. – 1979. – 349 p.
  3. Петухов В.Г. Оптимизация межпланетных траекторий космических аппаратов с идеально-регулируемым двигателем методом продолжения. Космические исследования. – 2008. – Т. 46. – № 3. – С. 224–237. [Petukhov, V.G. Optimization of interplanetary trajectories of spacecraft with a ideally regulated engine by the continuation method. – Space Studies. – 2008. – Vol. 46, no. 3. – P. 224–237 (In Russian)]
  4. Kitrell, J.R., Mezaki, R., and Watson, C.C. Estimation of parameters for nonlinear least squares analysis // Industrial & Engineering Chemistry. – 1965. – Vol. 57. – P. 18–27.
  5. Hofmann, C., and Topputo, F. Embedded Homotopy for Convex Low-Thrust Trajectory Optimization with Operational Constraints // Proceedings of 2022 AAS/AIAA Astrodynamics Specialist Conference. – Charlotte, NC, USA, 2022. – P. 1–16.
  6. Jiang, F., Baoyin, F. and Li, J. Practical Techniques for Low-Thrust Trajectory Optimization with Homotopic Approach // Journal of Guidance, Control and Dynamics. – 2012. – Vol. 35, no. 1. – P. 245–258.
  7. Wu, D., Wu, C., Lin, F., et al. Analytical Costate Estimation by a Reference Trajectory-Based Least-Squares Method // Journal of Guidance, Control and Dynamics. 2022. – Vol. 45. – P. 1–9.
  8. Wu, D., Cheng, L., Gong, S., and Baoyin, H. Approximate time-optimal low-thrust rendezvous solutions between circular orbits // Aerospace Science and Technology. – 2022. – Vol. 131, Part A. – Art. No. 108011.
  9. Bevilaqua, R. Analytical Guidance Solutions for Spacecraft Planar Rephasing via Input Shaping // Journal of Guidance, Control. and Dynamics. – 2014. – Vol. 37. – doi: 10.2514/1.G000008.
  10. Wu, D., Wu, Ch., Lin, F., and Baoyin, H. An Atlas of Optimal Low-Thrust Rephasing Solutions in Circular Orbit // arXiv:2209.07418v1. – 2022. – doi: 10.48550/arXiv.2209.07418.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

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».