面向太空资源物流的多保真度太空任务规划与基础设施设计框架

为了构建一个可持续且经济实惠的载人太空探索运输系统，太空基础设施的设计与部署至关重要；其中一个具有吸引力且前景广阔的基础设施系统是原位资源利用（ISRU）系统。ISRU 系统的设计分析与权衡研究不仅需要考虑 ISRU 工厂本身的设计，还需要考虑其他基础设施系统（例如，存储、能源）以及各种 ISRU 架构选项（例如，资源、位置、技术）。本文提出了一个系统级的太空基础设施及其物流设计优化框架，以进行架构权衡研究。提出了一种新的太空基础设施物流优化问题公式，该公式同时考虑了基础设施子系统的内部交互及其与太空物流的外部协同效应。由于该问题公式的全尺寸版本在计算上可能过于昂贵，因此通过改变网络图上商品类型定义的粒度，开发了一种新的多保真度优化公式；这种多保真度公式能够以计算上高效的方式找到全尺寸问题的近似解，且解的质量损失很小。所提出的问题公式和方法被应用于一个多任务月球探索活动，以展示其价值。