Hybrid optimization algorithm for transfer orbit design in space debris capture

doi:10.1016/j.ast.2025.111132

Hybrid optimization algorithm for transfer orbit design in space debris capture

2025-10-23

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DOI：10.1016/j.ast.2025.111132

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近年来，近地轨道（LEO）的碎片已对航天器安全构成显著威胁。为使配备多个捕获单元的卫星平台能够执行主动碎片捕获任务，本研究提出了一种用于双脉冲交会轨道设计的混合智能优化框架。首先基于平台的发射约束建立可达域，随后通过几何相交过程确定候选碎片集。目标函数和约束条件被构建以平衡任务效率与可行性，将轨道转移设计表述为一个低维混合优化问题，其发射时间和转移时长为唯一决策变量。为优化发射-交会窗口，依次应用四种传统优化算法——（1）粒子群优化（PSO）、（2）差分进化（DE）、（3）遗传算法（GA）和（4）蚁群优化（ACO），以及两种不同的混合优化方法：（5）自适应算子选择（AOS）和（6）岛屿模型协同进化。仿真结果表明，整合DE和PSO的AOS混合算法优于其他方法，可加速收敛、缓解早熟停滞，相较于单算法基准在速度和鲁棒性上均实现可测量的提升。这些发现为在LEO中实现快速、低成本、多目标碎片捕获任务提供了实际可行路径。

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