期货冠军资金管理方法

期货冠军资金管理方法（精选3篇）

1.期货冠军资金管理方法 篇一

资金在企业生产经营过程中发挥着重要的作用，是企业生存和发展的基础，企业的各项经营活动都必须有资金支持才能开展，如果没有资金支持，企业经营活动将是空谈。如果将是企业比作一个人的话，那资金就是它的血液。所以，企业必须加强资金管理，为生产经营活动提供充足的资金支持。其中，资金的预算管理是资金管理的重要方面。资金预算管理是指财务管理人员基于企业过去的历史数据和自身经验，结合当前的经济环境和融资环境，预测企业资金需求量，并分配资金到企业各部门和环节的财务管理活动。通过资金预算管理，企业财务管理人员能够提前预测企业资金是过剩还是短缺，并将暂时过剩的资金转入投资以提高资金使用效率，或在资金紧张时期到来之前及时安排资金筹措以保障生产经营正常开展。由于其在企业管理中的重要性，资金预算管理已成为现代企业财务管理水平高低的衡量标准。

二、企业资金预算的主要内容

企业资金预算包括的内容比较广泛，涉及到企业管理的方方面面，概况起来，主要包括资金流入预算、资金流出预算以及资金缺口及融资预算等三个方面。

（一）资金流入预算

资金流入预算是对企业预算期内的资金流入进行预测，它是企业资金预算管理的基础。根据企业生产经营活动的特点，可以继续将资金流入预算细分为经营活动、投资活动和筹资活动资金流入预算三个方面。一是经营活动产生的资金流入，包括主营业务收入、其他业务收入和营业外收入等。其中，主营业务收入可以分客户或分区域进行预算，由销售部门提供销售数量预算，财务部门或信用部门提供产品单价的预算，并根据企业应收账款管理办法，分月编制资金收入汇总表;其他业务收入根据来源明细按谨慎性原则由财务部门进行预测编制;而营业外收入通常来说则根据谨慎性原则不做预测，也不计入资金流入预算。二是投资活动产生的资金流入包括收到投资收益、收回长短期投资、委贷利息收入等，其中投资收益应根据被投资单位提供的年度预算报表及其利润分配计划进行编制;筹资活动产生的资金流入包括债权筹资和吸收投资等。

（二）资金流出预算

资金流出预算是对企业预算期内的资金流出进行预测，它也是企业资金预算管理的基础。根据企业生产经营活动的特点，企业资金流出可以细分为经营活动、投资活动和筹资活动资金流出三个方面。一是经营性资金流出，包括人工费支出、办公费用支出、原材料采购支出、会务费支出、差旅费支出、职工教育经费支出、运输费支出、业务宣传费用支出、各种税费支出等。二是投资性资金流出，主要包括公司项目支出、购置固定资产资出等。投资性资金流出首先是以年度投资计划为依据，由项目投资部编制投资资金支出计划，而对投资子公司或是参股公司的支出依据其公司章程及子公司的增资计划按占股比例计算编制。三是筹资性资金流出，主要是指归还债权筹资的本金及利息而造成的资金流出，由于企业债权筹资都有严格的契约约束，所以筹资性资金流出比较好预测。

（三）资金筹集预算

在对资金流入和资金流出进行预算的基础上，再考虑预算期末最低资金余额以及某些不可动用资金如抵押、保函保证金情况后，综合平衡可计算出资金缺口预算，即计算资金流入合计与资金支出合计的差额。若差额为正，则说明资金收入大于支出，资金有多余，可用于偿还对外负债，或用于短期投资。若差额为负，则说明资金收入小于之处，资金不足，需要采取措施筹集资金以保证企业生产经营活动的顺利进行，比如向银行取得新的借款，企业可以根据资金缺口预算的金额和性质确定具体的筹资预算的金额、形式以及期间。资金预算管理的目的就在于资金多余时及时有效利用现金余额，资金不足时筹措资金，并且提供资金收支的控制限额，发挥资金管理的作用。

三、加强资金预算管理的方法

（一）建立和完善企业资金预算制度

健全的资金预算制度是做好资金预算管理工作的重要保障，只有建立切实可行的规章制度，才能保证资金预算顺利开展，主要可以从以下几个方面着手。一是将资金预算纳入全面预算管理的制度范围内，明确筹资预算责任，保证资金预算管理工作的正常开展。同时，企业成立单位领导负责的资金预算委员会，由下级预算单位向上级预算单位汇报。二是建立多级预算管理体系，在资金预算编制过程中，以年度资金预算为依据，分解细化资金预算项目和执行期间，确保年度资金预算与月度资金预算基本一致，确保各月度资金预算期间有序衔接。以信息化平台为依托，以控制筹资规模为重点，通过资金月度预算为筹资计划提供前端支持，准确反映业务资金需求，有效管控经济活动，实现业务流与资金流的紧密融合。

（二）科学合理地编制资金预算

资金预算的编制要经过企业管理人员反复修改才能确定，理想的资金预算的编制工作宜采用分—总—总—分的流程。首先，在具体的资金预算编制前，财务部门要对编制工作提出明确的指导原则和编制方法。接下来，业务部门根据过去的历史数据和对未来业绩的预期，编制产品销售预算和产品成本预算，逐步编制细化的产品销售和产品成本预算。并根据业务开展进度产生的资金流入、流出情况，编制部门资金预算。在业务部门资金预算编制好之后，财务部门对企业整体资金预算进行试算平衡后汇总，编制出总体资金预算，并报请企业预算管理委员会批示。财务部门得到预算管理委员会的批示后，将经批准的月度资金预算下发各预算责任部门，并按照资金预算进行资金支付。

（三）加强资金预算执行过程控制

编制资金预算计划是资金预算管理的重要基础，但执行是资金预算管理的核心环节，决定着资金预算管理的成功与否。一是加强资金预算计划执行的过程控制，企业财务部门按照批准的资金预算计划对资金支付进行具体操作，并通过财务信息软件及时反映资金预算执行情况。未列入年度资金预算的项目和超过年度资金预算额度的项目，不得列入月度资金流量预算。列入年度资金预算但未列入资金预算视同无资金需求，但确需追加资金支付的需填写预算外资金申请表报预算管理委员会批准后方可支付。二是强化资金预算的审核分析。财务部门在审核月度资金用款申请时，应合理划分资金支出弹性。刚性资金支出为当期资金支出的最小使用量，当因资金紧张需要压缩资金支出规模时，应优先保证刚性资金支出需求。

参考文献

[1]方翠英, 杨劲松.加强资金预算管理提高资金使用效率.财经界, 2010/04

[2]张玉莲, 浅议如何做好公司资金预算管理工作.当代经济, 2011/11

[3]刘敦崇, 议资金预算对企业财务收支的意义.商场现代化, 2011/01

2.期货冠军资金管理方法 篇二

资金预算管理是企业管理的主要组成部分, 是企业依据原始的生产经营数据与长期战略规划的具体需要, 综合企业运营现状, 对企业资金进行分配与估量。其不仅是对企业其他预算项目的机械整理和汇总, 而是作为统筹规划和平衡企业资金收支的管理活动, 实时反映企业在生产经营过程当中的资金现状, 确保企业实现对资金的合理考核、实时监控和事前预估。从常见的预算管理流程来看, 企业的预算管理工作主要包括预算执行、预算编制、预算考核与分析这三个阶段;从管理内容来看, 其主要包括资金分配、资金流出、资会流入等方面从项目的运营过程来看, 其主要包括营运资金管理、资金的投资方案、资金筹集方案等方面。

二、工业企业在资金预算管理方面的弊端

(一) 没有科学的资金预算的编制机制

资金预算编制是企业实施预算管理的最初阶段, 其质量会直接影响到企业的经营管理状况。当前, 国内绝大多数工业企业没有设置独立的职能部门开展资金预算编制时, 会习惯性地将其作为经营预算的组成部分, 进而将其并入其他预算项目实施合并编制, 现行的资金预算编制手段过于精简, 仅仅简单地汇总整理了资金预算的诸多需求项目, 不能够充分发挥资金预算编制的指导性特征。从编制流程来看, 多数企业内部的财务部门在实施资金预算编制时, 主要根据最近几年的资金使用状况, 往往不会主动、参考相关职能部门的建议, 没有系统性地考虑企业长远战略规划等因素的影响, 这就会导致制定的预算指标体系缺乏充分的可操作性和合理性, 并且编制预算的方法主要以传统的简单财务核算为主, 基本上不考虑运用零基预算、弹性预算等现代化的编制方法, 极大地降低了资金预算编制工作的规范性和科学性。

(二) 资金预算的执行不彻底

资金预算执行过程的主要目标在于控制和监督各个预算项目资金收支现状。目前, 不少工业企业难以贯彻执行事先制定的资金预算规划, 其原因在于:一方面, 工业企业往往缺乏科学的资金预算编制, 这就导致预算编制难以契合实际的资金需求状况, 在企业进行生产经营活动时, 通常会受资金预算的阻碍和制约, 进而会需要调整现行的企业资金预算, 如果需要的资金难以及时追加和落实, 就会延长项目周期, 进而促使项目的亏损和失败。而另一方面, 工业企业的管理层通常不会关注资金预算的控制、调整工作。财务部门进行预算编制时, 在每个季度需要依据相关规定检查资金实际使用情况, 编制实时的资金使用报告表并上交给企业管理层, 而管理层通常不会详细地对比分析资金的实际使用现状与已有的预算规划, 也就难以准确及时地采取相应措施和解决其中的问题。企业管理层缺乏资金预算管理和控制观念导致其忽略资金预算管理的重要意义, 在实际工作当中往往依据自己的主观判断自行调整企业的资金预算, 最终, 就造成事先制定的资金预算规划没有权威性, 并且诸多预算编制与执行的规章制度都成了表面摆设, 其通常会依据现实的资金需求和管理层的主观意愿而朝令夕改, 严重削弱了资金预算的执行和控制力度。

(三) 资金预算的考核分析不健全

大部分工业企业没有将资金预算的考核绩效纳入企业年度工作绩效的考核内容, 造成资金预算难以实现对于企业生产经营活动的有效约束。不少企业资金预算的核算工作通常以对预算指标实际完成情况的机械汇总, 而在期末财务部再对比企业总体的资金使用情况资料与期初制定的资金预算规划表, 核算出诸多预算指标的实际完成情况, 其还会在公司年度大会上宣读, 但是企业通常会忽略实施合理有效的激励措施, 导致企业员工难以真正关注和落实资金预算工作。

三、工业企业健全资金预算管理体制的策略

(一) 构建完善的预算编制流程

从资金预算周期来看, 编制资金预算是一个动态的周期循环过程, 是企业职能部门互相沟通合作的过程。企业财务部首先要分析资金预算编制的历史数据资料, 并综合企业的经营现状, 开展当期资金预算的编制工作。与此同时, 其财务部门还必须将编制的资金预算与企业的利润预算、销售预算、成本预算进行细致对比联系, 实现资金预算规划和企业生产经营活动的协调一致。在明确初步的预算指标后, 各个职能部门负责人和财务部门的预算负责人需要进行精诚合作, 对预算方案进行不断地讨论、修订;之后, 一方面要向企业管理层上交资金预算的初步方案, 同时汇总诸多预算执行机构的建议, 编制部门预算报告并上交到企业管理层进行决议和修订, 经过长期的讨论、分析和改进, 进而加强最终预算方案的科学性和可行性, 并且由于最终预算方案综合了预算.执行部门的建议, 也一定程度上激发了其落实预算方案的主动性。与此同时, 企业还必须科学分解资金预算方案, 在明确总体的资金预算方案后, 要求相关职能部门做到:依据总预算方案编制部门自身的资金预算规划, 依据企业资金预算年度方案, 编制相应的月度和季度预算方案, 系统地分析原材料价格变动、销售额的完成度、产品价格变动等诸多因素对于资金使用状况的具体影响, 强化资金预算方案的合理性和精确性, 尽可能减少和避免由于资金规划的不合理而产生的短缺现象, 降低企业总体的财务风险, 确保企业生产经营活动的顺利开展。

(二) 强化预算方案的执行力度

1. 构建多层次的预算部门

工业企业应当将资金预算作为预算管理工作的核心部分, 依据企业需求, 构建多层次、多级别的预算部门。从隶属关系上看, 企业的预算部门应当隶属于财务部, 但其必须可以自成体系, 这就需要在财务部单独创建独立的预算管理委员会, 在部门内部也配置预算管理机构, 由部门内部的负责人管理。在编制预算时, 企业预算部门首先应当明确预算目标, 然后各部门的预算管理机构依据自身现状, 综合自身的年度计划, 深入研究本部门全部的资金预算计划, 然后进行适当的修改和完善并且列明进行修改的具体原因以及修改的氛围幅度, 最后经部门负责人同意以后向企业预算部门提出修改意见, 企业预算部门经过汇总和整理相关意见以后上交到公司办公会进行议讨和决议, 加强预算方案的准确性和可行性、预算指标的实用性和可操作性。在执行预算阶段, 企业和部门的预算机构都需要深入分析对比资金使用现状与预定的预算方案的区别, 然后编制预算执行现状的月度和季度分析报告, 找出预算执行流程当中的诸多弊端、弊端存在的合理程度、异常弊端发生的原因等, 通过创建多级别、多层次的预算管理机构, 强化财务部门与企业销售部门、生产部门等合作沟通, 辅助企业管理层及时准确地掌握企业的经营现状、预算的执行情况, 加强对资金使用现状的动态实时监控。

2. 构建合理的预算审批程序

在编制资金预算时, 大多数工业企业没有综合未来销售和价格等因素变动的影响, 在实际的预算执行过程当中, 由于各种因素不断变动的影响, 必定需要追加或是调整原始的资金预算方案。因此, 工业企业必须构建合理的预算审批程序。要想调整预算, 其首先应当去预算执行部门进行书面申请, 经过部门负责人同意以后进行重新申报和审批, 在经过企业管理层决议通过以后才实施执行工作。确保资金预算方案拥有一定的弹性是有必要的, 但过分关注预算的弹性和灵活性就会导致预算工作丧失指导功能。因此, 企业应当为可能变动的资金预算项目设定科学的变动幅度, 高于该幅度时, 则进行重新分析, 严格审核该项目的可操作性。

3. 创建资金预算管理的责任制

在创建多层次的预算管理体系后, 部门预算机构和部门负责人作为预算管理的主要责任方, 部门预算机构再进一步将预算责任层层分解到具体的工作岗位和工作人员。资金预算责任的分解要严格遵循可控性原则, 部门管理者要对该部门的预算状况负主要责任, 相应的预算机构则应当全程监控对预算资金执行情况。

四、结论

在实际的生产运营过程当中, 工业企业应该不断强化对资金预决算的管理与控制, 并且依据企业实际的发展需要及具体市场行情来制定相应的财务规划, 实现其可持续的健康发展。

参考文献

[1].袁琳.构筑集团企业资金结算与集中控制的新系统—中国石化集团财务公司资金结算与集中控制案例研究[J].会计研究, 2007 (2) .

[2].王君彩.现代企业集团财务管理研究[J].扬州大学报, 2008 (10) .

[3].杨慧雨.对国内大型集团推进资金集中管理的思考[J].集团经济研究, 2008 (05) .

3.期货冠军资金管理方法 篇三

2011年第三届全国深空轨道设计竞赛题目是多目标多任务探测器飞行轨道设计, 其应用背景为太阳系大行星和小行星探测, 探测目标以大行星为主, 同时以小行星作为次要探测目标.探测器发射时间窗口为2015年1月1日至2025年12月31日, 飞行任务需在20年之内完成, 可在太阳系的大行星 (地球除外) 和小行星中任意选择目标依次探测 (竞赛组办方提供了大行星和小行星的星历数据文件) .对大行星的探测有两种形式:交会驻留和飞越.探测器与大行星交会之后, 驻留至少30天开展科学探测任务, 驻留期间释放20 kg不回收的科学探测设备.对小行星的探测只采取飞越的方式.探测器推进系统可以采用有限推力的电推进或大推力的化学推进 (两种方式只能选择其一) .具体的题目描述、评价标准以及竞赛结果可参见组办方给出的竞赛总结[1].本文将简要介绍冠军团队中科院空间应用工程与技术中心 (筹) 的设计方法与设计结果.

1 设计方法描述

1.1 总体设计思路

首先, 考虑到电推进和化学推进的比冲相差较大 (电推进是化学推进的6倍) , 因此选择电推进.由于抵达小行星和大行星的分值相差较大, 以及飞越与交会大行星更具科学意义, 选择以大行星交会与飞越作为轨道设计的主线, 同时兼顾飞越小行星.

地球到各大行星霍曼转移的速度脉冲和飞行时间如表1所示, 可以看出, 到达水星的速度脉冲最大;到达土星、天王星、海王星的时间远大于到达其它行星.

考虑到金星交会的代价相对较小, 因此选择从地球出发先到金星.同时, 考虑到钱学森星 (后称Q星) 轨道能量在火星和木星之间, 初步确定了地球-金星-火星-Q星-木星的大行星交会顺序.交会木星之后, 一种方案是飞往土星, 另一种方案是飞往水星.从木星到水星可以借助火星、地球、金星及水星自身的引力辅助从而节省推进工质.由于水星轨道能量大、土星距离远, 设计之初不易确定是否能够实现交会或飞越, 因此均作为备选行星.天王星和海王星由于距离太远, 因而没有考虑.

这样, 整条轨道可分为4个部分:地球-金星、金星-火星、火星-Q星-木星、木星-土星或木星-水星.通过反复进行各部分独立设计和各部分之间的时间窗口匹配, 最终得到了地球-金星-火星-Q星-木星-水星的交会序列, 并在此序列中考虑大行星飞越与引力辅助以及小行星飞越.

1.2 轨道设计方法概述

按照总体设计思路, 飞行轨道实际由若干基本轨道段拼接而成, 在每一个基本轨道段端点时刻, 探测器交会或飞越各天体.首先, 对地球-金星、金星-火星、火星-Q星-木星、木星-土星轨道段 (每一轨道段可能包含多个基本轨道段) 分别进行设计, 主要用到的方法包括小推力基本轨道段优化方法、小推力轨道近似简化模型以及行星引力辅助序列设计.

1.2.1 小推力基本轨道段优化方法

基本轨道段的动力学方程由一组无奇点的春分点根数来表示

式中x=[p, f, g, h, k, L]T为春分点轨道根数[2], M为6×3的矩阵, D是6×1的矢量, 具体表达式可参见文献[3-4];F为推力大小, m为探测器质量, g0为海平面重力加速度, Isp为发动机比冲;α为推力方向的单位矢量.

设定性能指标为末端时刻探测器质量最大化J=max (m (tf) ) , 基于最优控制理论, 可引入哈密尔顿函数

将哈密尔顿函数对状态变量求偏导可得到协态变量微分方程

利用∂H/∂α=0和αTα=1, 可得到最优推力方向

为了满足庞特里亚金极小值原理, 还需要如下必要条件

式 (8) 说明推力大小呈现bang-bang控制形式, 即在最优条件下, 推力只取最大值或零, 推力开关策略则成为一个重要问题.将bang-bang控制简化为事先定义的开-关-开形式, 对应推进-滑行-推进序列, 在一定程度上回避了开关策略求解问题.

这样, 式 (3) , (4) , (6) , (7) 组成了小推力转移轨道局部优化问题的系统微分方程, 轨道设计问题可以转化为如下非线性参数优化问题:

优化变量:λ1, λ2, ts1, ts2, tc

优化指标:min (ts1+ts2)

约束条件:轨道状态约束

数值积分方程:式 (3) , (4) , (6) , (7)

给定状态:x (t0)

其中, 下标1和2表示第1和第2个推进段;ts表示推进时间, tc表示滑行时间.由于没有考虑横截条件和开关函数约束, 经验表明得到上述参数优化问题收敛解并不困难.

1.2.2 小推力轨道近似简化模型

为了快速搜索基本轨道段的发射时间和飞行时间, 将推进段简化为在端点时刻选择施加速度脉冲, 这样小推力轨道设计问题就转化为脉冲式轨道设计问题[5], 可以用Lambert算法进行网格式快速搜索[6].小推力转移轨道对应的速度脉冲近似值为

式中, Ts为飞行时间;K为转化因子, 一般取经验值0.5∼0.8.如果事后Lambert解不能转化为小推力轨道, 则调整该经验值重新搜索.

1.2.3 行星引力辅助序列设计

假设探测器从地球出发 (或其他行星) , 经历了N次行星引力辅助, 最终到达目标行星, 访问序列为P={p0, p1, ···, pi, ···, pN+1}其中p0表示出发行星, pi表示飞越的第i颗行星, pN+1表示目标行星.访问时刻为T={t0, t1, ···, ti, ···, tN+1}, 其中t0为探测器从p0出发的时刻, ti (1≤i≤N) 为第i次引力辅助的时刻, tN+1为到达pN+1的时刻.任意两颗行星之间转移轨道由Lambert算法求解.若相邻两颗行星相同, 则求解多圈不同分支的Lambert问题[6].

根据行星pi在ti时刻的速度以及探测器飞越行星pi的速度, 可以计算出第i次引力辅助可提供的速度脉冲, 然后计算还需要消耗工质的速度脉冲∆vi.考虑出发脉冲∆v0和交会速度脉冲∆vN+1, 整条飞行轨道需要的总速度脉冲为

通过求解N+1次Lambert问题可得到探测器的转移轨道.另外, 对访问时刻T={t0, t1, ···, ti, ···, tN+1}进行网格搜索从而得到优化的总速度脉冲和总飞行时间[7].最后, 将脉冲转化为小推力, 再将多段轨道拼接在一起进行整体优化.

1.3 飞行轨道初步设计

表2为各段轨道行星间会合周期 (即行星公转轨道重复相同相位角) .

由表2可以看出E-V, V-M, J-Me的会合周期均较短, 出发窗口相对较多, 金星-Q星以及Q星-木星的会合周期较长, 所以匹配好火星-Q星-木星段的时间窗口是确定整个飞行轨道时间节点的关键, 然后向前依次得到V-M、E-V的时间窗口, 向后得到J-S (备选) 和J-Me (备选) 的时间窗口.

1.3.1 火星-Q星-木星部分

从探测器最早发射窗口至探测任务结束最晚时间的30年内, 火星-Q星和Q星-木星的霍曼转移轨道时间窗口匹配关系如表3 (时间节点采用MJD儒略日表示, 2015年1月1日对应57023, 2025年12月31日对应61041, 后同) .

由表3可以看出火星-Q星-木星可能实现的时间窗口有3个, 分别经过小推力优化设计, 确定第3个匹配窗口可行, 其优化后时间节点为 (63278, 63618, 65140) .

1.3.2 地球-金星轨道段

由于地球与金星之间不存在其他大行星, 同时考虑到逃逸速度 (≤3 km/s) 可以直接将探测器送往金星, 所以地球发射到金星交会的行星序列主要有EV, EVV, EVVV等, 各行星序列的发射窗口周期大约为地球与金星的会合周期1.5987年.我们仅对EV和EVV行星序列小推力转移轨道进行优化设计, EV的时间节点为 (60 497, 61 184) , 飞行时间687天, 消耗工质505 kg;EVV的时间节点为 (60 657, 60 814, 61 481) , 飞行时间824天, 消耗工质401 kg.由此初步判定EVV优于EV序列.对于EV和EVV序列的其他窗口可按每隔1.598 7年近似计算.由于出发时刻依靠运载火箭提供速度到达金星, 所以发射窗口与霍曼转移窗口基本相同;对于EVV序列, 探测器飞越金星后与金星形成1:1准共振轨道 (探测器轨道周期与金星基本相同) , 然后调整相位实现与金星交会, 工质消耗比EV少.

1.3.3 金星-火星轨道段

由于金星与火星轨道能量相差较大, 所以考虑选择合理的行星引力辅助来降低工质消耗.在满足与火星交会时间不晚于63278和金星发射时间不早于61481的情况下, 考虑了若干飞行序列:VM, VVM, VEM, VVVM, VVEM, VEEM, VEVM (存在的不足是没有考虑火星引力辅助) .基于经验, 优先选择VVEM, 其次是VVVM, 如果VVEM和VVVM不符合火星到达窗口约束条件, 可以将金星的发射时间提前1.5987年.VVEM考虑从金星发射后用金星引力辅助, 此后再利用地球引力辅助后飞往火星;VVVM则利用两次金星引力辅助飞往火星.经过搜索可以得到满足要求的VVEM序列, 其时间节点为 (61 607, 61 862, 62 070, 62 398) .经过小推力优化设计确定的时间节点为 (61 569, 61 872, 62 077, 62 748) .VVVM的工质消耗则大于VVEM, 但是发射窗口周期相对较多, 由于VVEM可以在时间上与前后两段轨道拼接, 因此没有考虑VVVM, 也没有对EV金星发射时间提前1.5987年的情况进行设计.

1.3.4 木星-土星与土星-木星飞越轨道段

从木星出发与土星交会存在可能性:1) 其霍曼转移 (65 475, 69 175) 的发射窗口正好与火星-Q星-木星段的木星交会窗口匹配;2) 由于转移轨道距离太阳远, 而且此时探测器质量较小, 可以采用双曲线轨道来大大减少飞行时间.经过小推力优化设计, 在满足约束条件 (飞行时间小于20年, 工质消耗小于3 000 kg) 下, 能够实现木星出发-土星交会和土星出发-飞越木星的飞行轨道, 其时间节点为 (65 170, 66 529, 66 559, 67 683) .这样, 总飞行时间已接近20年, 没有足够的时间再交会和飞越大行星.

1.4 初步设计结果

通过1.3节的大行星交会序列的初步设计, 得到了EVV-VVEM-MQJ-JS-SJ的大行星交会与飞越序列.为了增加火星飞越, 将MQJ修正为MMQJ.由于连续对同一颗大行星飞越和交会只计算交会部分的得分, 所以考虑火星出发和火星引力辅助之间飞越一颗小行星, 经过搜索小行星“256670”可行.对于EVV段在金星引力辅助和金星交会之间飞越一颗小行星, 经过搜索小行星“162385”可行.飞越木星后还有任务剩余时间, 经过木星引力辅助可以飞越小行星“6063”.以上初步轨道设计和优化完成了以飞越木星结束任务的大行星主线设计:EVV-VVEM-MMQJ-JS-SJ, 飞行轨道如图2所示.

1.5 小行星搜索

初步轨道设计没有专门考虑尽可能多地飞越小行星, 飞行序列中的小行星仅为实现同一个行星交会与飞越之间的过渡和飞越木星后剩余工质的利用, 因此, 仅飞越了3颗小行星 (Q星不算在内) .初步设计结果本身是可行的, 而且共计76分.此后的工作是在此基础上尽量增加飞越小行星的个数.采用了两种方法搜索小行星:1) 以上述飞行序列的时间节点为初值, 用多段轨道全局搜索方法逐段搜索可能飞越的小行星;2) 在已有小推力转移轨道基础上逐点搜索距离较近的小行星, 并尝试添加到飞行轨道中.最终, 在飞行序列中新添加了9颗小行星, 设计结果共计85分.

1.6 木星--水星飞行轨道设计

从木星出发最终交会水星是最后一步设计, 为最终得分起到了锦上添花的作用.由于从木星发射到水星交会需要的能量很大, 所以必须选择合理的引力辅助顺序来降低燃料消耗.采用与其他各轨道段类似的设计方法, 我们确定了木星发射-地球引力辅助-金星引力辅助-火星引力辅助-水星引力辅助-水星交会的飞行序列.水星飞越到水星交会之间需要飞越一颗小行星, 经过搜索小行星“154276”满足要求.此后, 再按照1.5节的方法搜索小行星, 最终交会水星结束任务的飞行序列共飞越15颗小行星 (不包括Q星) .对于从小行星“154276”到水星交会的小推力轨道, 设置了多个推进和滑行段, 最终得到包含5次推进的转移轨道.

2 设计结果

本团队最终提交以交会水星结束任务的轨道设计结果, 其性能指标如表4, 飞行过程的各个事件如表5.将飞行轨道分为4段, 飞行轨道在黄道面的投影见图3∼图6.图7是从木星出发后, 交会土星再飞越木星和一颗小行星的飞行方案, 该方案也是可行的 (计85分) , 但没有采用.

飞行轨道中的实线为推进段, 虚线为无推进段 (自由滑行) .飞越小行星时航天器位置也在图中加以标注.各图中, EGA, VGA, MGA, Mercury-GA, JGA分别表示地球、金星、火星、水星和木星的引力辅助.

3 经验总结与启示

(1) 本团队采用的设计方法有很多经验成分, 设计结果还不能说达到了全局最优, 还有进一步改进的余地.对于持续时间长、备选目标多的深空轨道设计问题很难得到全局最优轨道, 较为合理的设计方法应包括拟定合理的总体方案、选配事件节点以及协调事件节点时间;

(2) 大行星的飞行顺序是根据霍曼转移分析和轨道能量由低到高确定的, 是一个粗估的结果, 没有定量的分析结果, 是否全局最优不得而知, 赛后认为地球-火星-木星-土星-金星-水星的访问顺序也是有可能实现的, 并且有可能比目前结果得分更高;

(3) 将脉冲转化为小推力的问题还没有很好地解决, 只是采用了简单的经验值, 且经验值不一定准确.另外, Lambert问题在两点相位角接近π和2π时, 容易造成较大的速度脉冲, 需要采用多脉冲予以修正;

(4) 如果推力加速度较小, 小推力轨道转移可能需要多圈才能实现.这种情况下, 可采用发射和交会行星做引力辅助从而有效减少工质消耗和飞行时间.一般情况下, 用交会行星做引力辅助后探测器轨道与该行星形成近似共振轨道;

(5) 利用文中介绍的多段轨道搜索方法和引力辅助模型既可以解决引力辅助序列设计问题, 也可以在一定程度上解决连续飞越多颗小行星问题, 理论上还可求解飞越行星与小行星的混合搜索问题;

(6) 计算效率问题仍需进一步提高, 一方面选用合适高性能计算机提高计算速度或采用并行计算方式, 一方面需要从包括局部优化、轨道特性等各个方面研究更为高效的设计方法.

4 结束语

自2009年以来, 全国深空轨道设计竞赛已经举办了3届, 题目也是从易到难, 对于提高我们的设计能力起到了重要的促进作用, 也通过实践检验了各种理论方法的实用性.另一方面, 竞赛对出题的主办方和参与者都是挑战, 这是一个共同努力共同提高的过程, 是同行之间进行交流的桥梁.最后, 希望来年能够继续举办该赛事, 并在竞赛题目和问题求解方法上具有自主创新的内容, 力争为我国深空探测事业的发展起到推动作用.

参考文献

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