NSGA-II优化的上行转移轨道中途修正时机：多目标效率与均匀性

本文主要探讨了在航天工程中，如何通过结合上面级（Upper Stage）火箭的动力学特性以及Lambert远程变轨理论，优化转移轨道的中途修正时机。在火箭推进技术中，上面级转移轨道的中途修正是一个关键环节，它对于任务的成功执行和轨道效率有着重要影响。传统的优化方法可能难以处理多目标问题，如最小化燃料消耗、减少轨道偏差以及保持安全余度等复杂目标。 文章设计了一种创新的优化算法，即基于非支配排序遗传算法（NSGA-II）来解决这个难题。NSGA-II是一种多目标优化算法，能够同时考虑多个目标的优化，避免了单目标优化可能带来的局部最优问题。通过将上面级运动方程作为基础模型，作者验证了中途修正的必要性，并通过实际案例分析，明确了修正策略。 算法的核心步骤包括：首先，基于运动方程和Lambert远距离转移的数学模型，模拟火箭飞行过程并计算不同修正时机对目标性能的影响；其次，引入NSGA-II算法，构建包含燃料消耗、轨道精度和安全性等目标函数；最后，通过迭代求解，找到这些目标之间的最佳权衡，得到修正时机的多目标最优解集。 研究结果显示，通过NSGA-II算法优化得到的修正时机Pareto最优解集既完整又分布均匀，这意味着在满足所有目标的同时，算法提供了多种有效的修正策略供决策者选择。这不仅显著提高了轨道控制的效率，而且确保了任务的安全性和经济性。因此，这种方法对于提高上面级火箭的轨道转移效率和可靠性具有重要意义，为实际航天任务的设计与实施提供了强有力的支持。