面向姿态控制的模块化卫星形态与行为协同优化

模块化卫星的出现标志着航天器工程的重大变革，为太空探索引入了灵活性、韧性和可扩展性的新范式。在应对姿态控制等复杂挑战时，卫星的形态架构与控制器对于优化性能均至关重要。尽管在最优控制方面已有大量研究，但在开发针对特定任务约束量身定制的模块化卫星优化且实用的组装策略方面仍存在显著空白。这一研究空白主要源于设计与控制协同优化固有的复杂性，该过程以其棘手的双层优化循环而著称。传统上通过人工进化解决该问题，即根据各个控制器的适应度来优化形态，这存在样本效率低且计算成本高的问题。在本文中，我们引入了一种新颖的基于梯度的方法，以同时优化模块化卫星的形态与控制，从而提升其在姿态控制任务中的性能与效率。我们的蒙特卡洛模拟表明，与基于进化的方法设计的模块化卫星相比，这种协同优化方法使模块化卫星具有更好的任务性能。此外，本研究讨论了未来研究的潜在途径。