火星探測(cè)計(jì)劃是中國(guó)航天工程中，繼發(fā)射人造地球衛(wèi)星、載人航天、探月工程之后的第四大領(lǐng)域，尤其是2011年11月9日，搭載中國(guó)的火星探測(cè)器“螢火一號(hào)”的俄羅斯的“福布斯一土壤”火星探測(cè)器任務(wù)失敗，以及在2013年11月5日，印度成功發(fā)射了首枚火星探測(cè)器，都深深地影響了我國(guó)的火星探測(cè)計(jì)劃，促使我國(guó)必須大力發(fā)展以火星探測(cè)為基礎(chǔ)的深空探測(cè)活動(dòng)。

　　火星作為太陽(yáng)系中的行星，包括軌道高度、半徑、質(zhì)量、自轉(zhuǎn)周期等各個(gè)特征都與地球極為相近，可以把火星和地球比作孿生兄弟。對(duì)火星進(jìn)行探測(cè)，對(duì)我國(guó)乃至整個(gè)人類的深空探測(cè)活動(dòng)都有著深遠(yuǎn)的意義。自1962年11月蘇聯(lián)發(fā)射“火星1號(hào)”探測(cè)器到如今，人類已經(jīng)發(fā)射了超過(guò)40顆火星探測(cè)器，其中成功率接近50%，目前，包括好奇號(hào)在內(nèi)的7個(gè)探測(cè)器仍然在火星及軌道工作。在地球一火星往返軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)中，全世界通常采用的是基于二體動(dòng)力學(xué)模型的能量等高線圖，通過(guò)霍曼轉(zhuǎn)移和有時(shí)間拘束的蘭伯特問(wèn)題的求解，進(jìn)行圓錐曲線拼接，由此完成航天器整個(gè)地球一火星往返軌道的設(shè)計(jì)。然而，在地球一火星往返軌跡的設(shè)計(jì)中，通?？蛇x的優(yōu)化方案很多，尋找全局最優(yōu)軌跡設(shè)計(jì)是核心問(wèn)題。

　　本文從我國(guó)的火星任務(wù)笈出，從我國(guó)的海南發(fā)射場(chǎng)發(fā)射一顆火星探測(cè)器，采用了一種靜態(tài)參數(shù)優(yōu)化與動(dòng)態(tài)參數(shù)優(yōu)化的全局一體化的火星探測(cè)軌跡組合優(yōu)化算法進(jìn)行軌跡設(shè)計(jì)。靜態(tài)參數(shù)優(yōu)化方法采用了全局搜索法；動(dòng)態(tài)參數(shù)優(yōu)化方法采用改進(jìn)的動(dòng)態(tài)規(guī)劃法和共軛梯度法。首先，利用動(dòng)態(tài)規(guī)劃法和靜態(tài)參數(shù)優(yōu)化在任務(wù)時(shí)間內(nèi)，搜索最優(yōu)的發(fā)射窗口和返回窗口，并使航天器所需能量最??；同時(shí)，獲得了一個(gè)次優(yōu)方案；然后利用共軛梯度法來(lái)求解該兩點(diǎn)邊值問(wèn)題，獲得最優(yōu)方案。通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間大規(guī)模數(shù)值仿真，驗(yàn)證了該組合優(yōu)化算法是可行的，現(xiàn)詳細(xì)介紹如下。
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