对航天器多次再入地球大气气动巡航控制方案进行了研究,通过分析高层大气密度的变化特性,结合气动辅助变轨的优化控制策略,引入多次再入大气变轨技术和气动巡航技术,运用高斯伪谱法优化气动巡航推力控制策略,从而实现航天器大范围倾角机动。仿真结果表明,多次再入大气航天器气动巡航技术可以在实现大范围倾角机动的同时,相对于纯推力变轨还能节省大量燃料,并且相对于单次以及多次的轨道再入,多次再入气动巡航技术不仅降低了航天器表面热流密度的峰值,在轨道倾角机动能力上也有提高。

为快速精确地求解气动辅助变轨问题,提出一种基于无损卡尔曼滤波(UKF)参数估计的数值求解方法。首先,针对气动辅助变轨问题,利用极大值原理将其转化为对应的两点边值问题;然后,以协态变量的初值作为估计参数,以末端条件为期望观测值,将该两点边值问题转化为参数估计问题,并应用UKF滤波算法求解。该算法基于估计理论,避免了计算传统数值方法所需要的梯度矩阵,同时克服了猜测协态变量初值的困难,降低了求解气动辅助变轨问题的难度。数值仿真表明,该算法结构简单,求解效率高,具有良好的鲁棒性。