摘要：由于建造了更多的卫星，望远镜和其他航天器，因此可以修复，因此，服务航天器的可靠轨迹可以安全地触及它们。研究人员正在开发一种方法，该方法将允许多个立方体充当服务代理，以组装或修复太空望远镜。他们的方法最大程度地减少了燃油消耗，保证服务剂永远不会比5米更接近彼此，并且可用于解决与无相关空间的通路指导问题。...

由于建造了更多的卫星，望远镜和其他航天器，因此可以修复，因此，服务航天器的可靠轨迹可以安全地触及它们。伊利诺伊大学Urbana-Champaign大学航空工程系航空工程系的研究人员正在开发一种方法，该方法将使多个立方体充当服务代理，可以组装或维修太空望远镜。他们的方法最大程度地减少了燃油消耗，保证服务剂永远不会比5米更接近彼此，并且可用于解决与无相关空间的通路指导问题。

航空航天博士说：“我们制定了一种计划，该计划允许立方体在不相撞的情况下有效运行。”学生Ruthvik Bommena。 “这些小型航天器在板载计算功能上的限制，因此这些轨迹由任务设计工程师预先计算。”

Bommena和他的教职顾问Robyn Woollands通过模拟两辆，三个或四个车辆群，同时在服务车辆和经过空间内部服务的太空望远镜之间运输模块化组件，证明了该算法的性能。

Bommena说：“这些是很难计算和计算的轨迹，但是我们提出了一种保证其最佳性的新技术。”

博梅纳说，最困难的方面是距离的规模。詹姆斯·韦伯（James Webb）太空望远镜的轨道约150万公里，在Sun-Earth Lagrange Point 2上。在这里，太阳和地球的引力相互平衡，使其成为远离太阳远离太阳时保持轨道的太空中的理想场所。

“如果不进行技术性太高，我们使用间接优化方法来确保输出解决方案是燃料最佳的。直接方法不能保证这一点。”

“我们还将反碰撞路径不等式约束纳入最佳控制公式作为硬约束，因此航天器在轨迹期间的任何一点都不会违反约束。”

Bommena解释说，传统的直接或间接方法具有限制，例如避免碰撞，将轨迹分解为多个弧，从而指数增长了复杂性。

“我们的方法允许将轨迹求解为单个弧。我们只是从起点直接到达目标点。它更具燃料最佳，并且在计算上更有效。”

该研究的另一个主要结果是开发了新型的目标循环限制的三体问题动力学模型。

博梅纳说：“我们需要减轻来自太阳与地球之间较大距离的数值挑战。” “为此，我们首先将框架的中心沿X轴从太阳 - 地球barycenter转移到Lagrange Point L2的位置，然后得出相对于目标航天器的运动方程。我们还通过应用与原始距离相关的缩放系数应用了一个新距离单位。”

博梅纳说，他和沃兰兹在这个项目上工作了大约一年半。他的突破是长途飞行。

“数学在纸上工作。我们遇到的主要问题是用数字搏斗。我在漫长的飞行中进行编码。我尝试了几件事，突然解决了解决方案。起初，我不相信这是一个非常激动的时刻，接下来的几天很棒。”

Bommena said although the application for this work is to make in-space servicing and assembly safer and more efficient, the methodology they developed is very versatile and can be used in other trajectory optimization scenarios with different constraints.

通过NASA STTR I阶段研究赠款，这项工作得到了十个航空航天的部分支持。