علوم، فناوری و کاربردهای فضایی

علوم، فناوری و کاربردهای فضایی

مسیر مقید شبه‌بهینه‌ در مانور فاز نهایی فرود دقیق روی سیاره با منحنی‌های بیزیر

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشگاه تهران
2 پژوهشگاه فضایی ایران
10.22034/jssta.2026.552402.1269
چکیده
در این پژوهش، تولید مسیر مقید و بهینه‌شده به صورت برون‌خط برای فاز نزول در مسئله فرود سیاره‌ای به‌عنوان یک مسئله بهینه‌سازی مدنظر است. مسئله مسیر مقید فاز نزول روی سیاره مشتمل بر قیود اجتناب از برخورد به سطح و موانع و نیروی پیشران محدود به فرم یک مسئله کنترل بهینه فرموله‌بندی شده است. برای تولید مسیر هموار اجتناب از برخورد، ابتدا متغیرهای موقعیت و زمان به کمک منحنی‌های بیزیر درجه 5 تقریب زده شده و معادلات دینامیکی حاکم و قیود گسسته می‌شوند. در این راهکار، نقاط کنترلی منحنی‌های بیزیر به‌منزله نقاط میانی مسیر، نقش بسزایی در شکل‌دهی مسیر و همزمان ارضای قیود پایانی و حین مسیر دارند. در ادامه به کمک الگوریتم ژنتیک، متغیرهای نقاط کنترلی منحنی‌های بیزیر استخراج شده‌اند. جهت صحت‌سنجی، مسیرهای تولیدشده با منحنی‌های بیزیر با مسیرهای تولیدی روش‌های هدایت بازخوردی ZEM/ZEV بهبودیافته و هدایت بازخوردی ZEM/ZEV دوفازی مقایسه شده است. نتایج حاصل از به‌کارگیری منحنی‌های بیزیر، نشان از مسیرهای هموارتر اجتناب از برخورد به‌دور از سعی و خطاهای روش‌های ZEM/ZEV و در عین حال فرود نقطه‌ای در محل مورد نظر دارد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

1.     A.R. Klumpp, "Apollo lunar descent guidance”, Automatica, vol. 10, no. 2, pp. 133-146, 1974.
2.     C. D'Souza and C. D'Souza, "An optimal guidance law for planetary landing," in Guidance, Navigation, and Control Conference, 1997, p. 3709.
3.     S. Ploen, B. Acikmese, and A. Wolf, "A comparison of powered descent guidance laws for mars pinpoint landing," in AIAA/AAS astrodynamics specialist conference and exhibit, 2006, p. 6676.
4.     D. M. Azimov and R. H. Bishop, "Integrated targeting and guidance for powered planetary descent," The Journal of the Astronautical Sciences, vol. 65, no. 2, pp. 229-259, 2018.
5.     P. Lu, "Theory of fractional-polynomial powered descent guidance," Journal of Guidance, Control, and Dynamics, vol. 43, no. 3, pp. 398-409, 2020.
6.     L. Ma, K. Wang, Z. Xu, Z. Shao, and Z. Song, "Optimal feedback guidance for powered landing of reusable rockets," in 2019 Chinese Control And Decision Conference (CCDC), 2019: IEEE, pp. 915-920.
7.     B. Ebrahimi, M. Bahrami, and J. Roshanian, "Optimal sliding-mode guidance with terminal velocity constraint for fixed-interval propulsive maneuvers," Acta Astronautica, vol. 62, no. 10-11, pp. 556-562, 2008.
8.     J. Zhao, S. Li, and Z. Wu, “Mars pinpoint landing trajectory optimization using sequential multiresolution technique,” in Proc. 2016 Structures Congress, 2016.
9.     S. Swaminathan and S. S. Kumar, “Rapid trajectory optimisation in Mars pinpoint landing using pseudo-spectral method,” in Proc. 5th Indian Control Conference (ICC), 2019, pp. 160–165.
10.  Y. Guo, M. Hawkins, and B. Wie, "Optimal feedback guidance algorithms for planetary landing and asteroid intercept," in AAS/AIAA astrodynamics specialist conference, 2011: AAS, pp. 2011-588.
11.  R. Sharma, S. R. Vadali, and J. E. Hurtado, "Optimal nonlinear feedback control design using a waypoint method," Journal of Guidance, Control, and Dynamics, vol. 34, no. 3, pp. 698-705, 2011.
12.  Y. Guo, M. Hawkins, and B. Wie, "Waypoint-optimized zero-effort-miss/zero-effort-velocity feedback guidance for Mars landing," Journal of Guidance, Control, and Dynamics, vol. 36, no. 3, pp. 799-809, 2013.
13.  R. Furfaro and R. Linares, "Waypoint-based generalized ZEM/ZEV feedback guidance for planetary landing via a reinforcement learning approach," in 3rd international academy of astronautics conference on dynamics and control of space systems, DyCoSS, 2017, pp. 401-416.
14.  R. Esmaelzadeh, “Explicit flatness-based guidance in reentry phase,” Journal of Space Science and Technology, vol. 6, no. 4, pp. 29–36, 2014.
15.  P. Vernis, and A. Passeron "Landing a Propulsive Stage with Bézier Curves." 9th European Conference For Aeronautics And Space Sciences (EUCASS), 2022, pp. 1-9.
16.  L. Fowler, and J. Rogers, "Bézier curve path planning for parafoil terminal guidance." Journal of Aerospace  Information Systems, vol. 11, no. 5, pp.  300–315, 2014.
17.  Y. Zhang, Y. Guo, G. Ma, and T. Zeng, "Collision avoidance ZEM/ZEV optimal feedback guidance for powered descent phase of landing on Mars," Advances in space research, vol. 59, no. 6, pp. 1514-1525, 2017.
18.  P. Wang, Y. Guo, G. Ma, and B. Wie, "Two-phase zero-effort-miss/zero-effort-velocity guidance for mars landing," Journal of Guidance, Control, and Dynamics, vol. 44, no. 1, pp. 75-87, 2021.
 
 
دوره 6، شماره 1
مهر 1405
صفحه 161-171

  • تاریخ دریافت 21 مهر 1404
  • تاریخ بازنگری 20 مرداد 1405
  • تاریخ پذیرش 18 شهریور 1405