基于量子退火的多目标主动空间碎片清除任务优化
量子物理
2023-11-06 v1 计算工程、金融与科学
摘要
本文提出了一种针对近圆轨道、倾角相似的一组物体中多个目标物体的主动碎片清除任务分析策略。代数方法成功地将特定碎片间转移与处置方法相关的轨道力学简化为简单计算，这些计算可用作二次无约束二元优化（QUBO）问题的系数，该问题在允许服务时间并满足任务截止期限的同时，使任务中使用的推进剂总量最小。通过使用经典计算方法求解人工小规模问题（从2到11个碎片）对QUBO进行了验证，并在使用量子退火硬件求解之前考察了这些方法的不足。随后使用D-Wave提供的量子处理单元（QPU）与量子-经典混合求解器求解相同的小规模问题，并关注每种方法明显的优势与弱点。发现混合求解器在求解较大规模问题时显著更有效。最后，使用混合方法基于真实数据集求解了一个大规模问题。从Kosmos-1408卫星解体产生的79个碎片物体中，成功规划了一项始于2023年9月30日、在一年内处置5个碎片物体且每个物体服务时间为20天的主动碎片清除任务。该计划计算出转移与处置的总推进剂成本为0.87 km/s，并将在起始日后241天、远早于截止期限前完成。该问题共使用6,478个二元变量，并在约25秒的QPU访问时间内求解。
引用
@article{arxiv.2311.01852,
title = {Optimisation of Active Space Debris Removal Missions With Multiple Targets Using Quantum Annealing},
author = {Thomas Swain},
journal= {arXiv preprint arXiv:2311.01852},
year = {2023}
}