[发明专利]航天器装载物品的配平布局方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种航天器装载物品的配平布局方法，尤其涉及一种航天器装载物品快速配平布局的优化方法。

背景技术

为保证货运飞船与空间站分离时的姿态控制，货运飞船离轨前对质量特性有较高要求。货运飞船通过调整舱内物品布局达到优化整船质量特性的目的。该问题属于有约束的三维布局优化问题。与地面阶段布局与配平问题相比，在轨布局与配平还具有部分废弃物质量特性难以准确获知、布局调整操作由航天员在轨实施、需要应对货运飞船紧急离轨情况等难点，对布局与配平质量、效率提出高要求，有进一步加大了布局与配平的难度。

该类问题具有一定复杂性、挑战性，NASA、ESA、JAXA等单位均已投入大量人力和财力开展航天器装载布局优化研究。ATV货运飞船采用了专门用于解决布局与配平问题的辅助设计软件CAST(Cargo Accommodation Support Tool)，可基于启发式算法快速得到物品布局与配平方案。HTV对货物布局与配平优化算法进行了大量研究。目前，国内尚未有系统解决航天器在轨布局与配平问题的方法，已有布局优化方法难以用于求解航天器在轨物品布局问题。随着我国载人航天技术的发展，交会对接任务次数不断增加，对布局与配平优化的需求将日渐增长。快速得到货运飞船在轨布局与配平方案，并对其有效性和最优性进行量化分析，是目前需要解决的问题。

发明内容

本发明的一个目的在于解决上述问题，提供一种航天器在轨装载物品快速配平布局并优化的方法。

为实现上述目的，本发明提供一种航天器装载物品的配平布局方法，包括以下步骤：

a.分析待装载物品和盛放装载物品的装载结构，确定物品的装载方式，根据装载物品与航天器的空间对应关系建立初步配平布局方案；

b.计算航天器质心与转动惯量；

c.针对初步配平布局方案定义不同的配平布局调整方式；

d.计算并优化各配平布局调整方式；

e.比较分析各配平布局调整方式的调整步骤，确定航天员进行配平布局的最少操作次数，评选并确定优选配平布局方案；

f.评估并修正优选配平布局方案。

根据本发明的一个方面，在所述a步骤中，分析待装载物品和装载结构的项目包括：逻辑包容关系、装载顺序关系和空间对应关系。

根据本发明的一个方面，在所述b步骤中，航天器质心是通过将装载物品和航天器的质心加权平均计算得到的。

根据本发明的一个方面，在所述b步骤中，计算航天器的转动惯量时需要对装载物品进行化简，化简方法包括：质点法和均匀密度法。

根据本发明的一个方面，在所述d步骤中，采用优化算法对配平布局方案进行优化计算，其中优化算法包括：枚举法、启发式算法和遗传算法。

根据本发明的一个方面，在所述e步骤中，评选配平布局方案的性能指标包括：质量特性指标、人机工效指标和加权综合指标。

根据本发明的一个方面，在所述f步骤中，评估优选配平布局方案为评估航天器质量特性的计算误差。

根据本发明的一个方面，在所述f步骤中，所述计算误差包括装载物品测量或者估计误差、装载物品质心测量或者估计误差、装载物品安装位置误差以及人为误差。

根据本发明的一个方面，在所述f步骤中，评估计算误差的方法包括极值法和概率分析法。

根据本发明的航天器装载物品的配平布局方法适应不同类型的装载物品，优化搜索可覆盖大部分可行解空间。通过两级优化，同时考虑质量特性最优化和人机工效性，能在保证航天器离轨安全性的前提下最大程度减轻航天员工作量；

根据本发明的航天器装载物品的配平布局方法采用工程化设计，考虑了在轨期间部分装载物品质量特性不准确情况，可以快速分析航天器整船质量特性满足程度；

根据本发明的航天器装载物品的配平布局方法采用模块化设计，根据任务特点调整优化算法和优化设计变量，方便、灵活地在“优化效率最高——优化质量最好”、“航天器质量特性最优——布局调整工作量最小”不同评价标准之间进行偏好性选择。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示意性表示根据本发明的航天器装载物品的配平布局方法的流程图。

具体实施方式