多轨道面星座巡检的多飞越轨迹全局优化

低地球轨道巨型星座的快速扩张对空间交通管理提出了重大挑战，需要在经济可行的情况下对卫星进行定期巡检，以确保空间环境的可持续性。本研究通过提出一种创新的基于轨道面的巡检策略，解决了与通过飞越方式巡检分布在多个轨道面上的大量卫星相关的轨道设计难题。所提出的方法通过提出一种分析方法来确定一个无机动巡检轨道，该轨道能够飞越特定轨道面内的所有卫星，从而将多卫星飞越问题重新表述为多交会轨迹规划问题。此外，还开发了一个三层全局优化框架来解决这个问题。第一层建立了轨道面访问序列的近似成本评估模型，利用遗传算法从大量候选轨道面中确定最优序列，从而在最小化燃料消耗的同时最大化巡检目标。第二层构建了一个混合整数规划模型，用于局部优化每次巡检轨道的交会历元和轨道参数，以减少总速度增量。第三层精确计算了巡检轨道之间的最优脉冲机动和轨迹。与传统的低地球轨道交会优化框架相比，所提出的框架充分利用了巡检轨道倾角和升交点赤经（RAAN）的可调自由度，显著降低了总速度增量。仿真结果表明，所提出的方法能够有效解决涉及数万颗卫星的星座巡检轨迹优化问题。