طراحي مسير بهينه يك كپسول فضايي با استفاده از روش‌‌هاي مستقيم چند بازه‌اي

Optimal trajectory design for a space capsule using of multiple interval direct methods

در اين مقاله، طراحي مسير بازگشت به جو يك كپسول فضايي از لحظه خروج از مدار اوليه تا رسيدن به شرايط عملكرد سيستم بازيابي مورد بررسي قرار مي‌گيرد. براي اين منظور دو روش حل عددي مسايل كنترل بهينه با رويكرد چند بازه‌اي توسعه داده شده و مورد استفاده و مقايسه قرار گرفته است. روش اول در دسته روش‌‌هاي پرتاب (شوتينگ متد) قرار دارد كه بهينه‌سازي در آن با استفاده از الگوريتم ژنتيك صورت مي‌پذيرد. در اين روش با بهره‌گيري از مدل جامعي براي توصيف تاريخچه كنترلي، به طور همزمان تعداد و چينش بازه‌‌هاو نوع تاريخچه كنترلي در هر بازه بهينه مي‌شود. روش دوم موسوم به روش شبه طيفي مي‌باشد كه در آن متغير‌هاي حالت و كنترل براي ارضاي همزمان قيود و شرايط بهينگي در نقاطي موسوم به گره‌‌ها تعيين مي‌شوند. اين روش هم با رويكرد چند بازه‌اي حل شده و با روش اول مقايسه گشته است. روش‌‌هاي توسعه داده شده كه در انتها عملكرد آنها مورد مقايسه و تحليل قرار گرفته، قابل استفاده براي حل كليه مسايل كنترل بهينه و طراحي مسير مي‌باشند.

This paper investigates the trajectory design for a conventional space capsule that initializes its path from a specified position and velocity corresponding to a selected de-orbit point, and it is desired to reach a specified point in the space, where the recovery system will be activated. Using two of the most important numerical methods of solving the optimal control problems developed for the best results, we search for a suitable number of sub-intervals resulting in the best and fast converging solution. For this sake, a kind of shooting methods utilizing the parameterized control command profile uses as the first method. Second method is one of direct methods of solving the optimal control problems named pseudospectral method which collocates the differential algebraic equations at a set of orthogonal points and transcribes the original problem into a nonlinear programming problem. Both of multi-interval developed methods which are compared in this study, are convenient for solving the optimal control or trajectory planning problems.