合作代理（Cooperative Agent, CA）

定义

合作代理（Cooperative Agent，CA）是 Klonowski（2025）在地月空间态势感知架构设计中引入的概念，指依赖于 SSA 架构进行任务支持的地月空间航天器。CA 与 SSA 架构协同工作：CA 一方面利用架构的检测能力完成自身任务，另一方面其任务轨迹也作为架构覆盖率优化的输入。

CA 模型

在地月空间 SSA 架构设计中，CA 被建模为从 GEO 出发前往 L1 或 L2 的转移航天器：

转移轨迹生成

CA 通过多目标优化生成转移轨迹，同时优化：

  1. 光度检测阈值最大化：利用架构的光学检测能力
  2. 控制代价最小化：最小化 Δv\Delta v 消耗

轨迹方程

CA 的转移轨迹满足圆型限制性三体问题（CR3BP）动力学：

x¨=f(x)\ddot{\mathbf{x}} = \mathbf{f}(\mathbf{x})

边界条件

目的地初始轨道目标轨道
L1GEOL1 晕轨道
L2GEOL2 晕轨道

架构-代理交互

CA 与 SSA 架构的交互体现为成本分配问题：

  • 架构设计需考虑对 CA 转移轨迹的覆盖
  • CA 可通过调整轨迹来适应现有架构的检测能力
  • 帕累托最优前沿描述了架构成本与 CA 成本之间的权衡

核心要素

数学定义

CA 是一个满足 CR3BP 动力学的转移轨迹 τ(t)\tau(t)，在给定边界条件下最小化多目标泛函：

min⁡J(τ)=[−photometric detection,Δv]\min J(\tau) = [-\text{photometric\ detection}, \Delta v]

关键性质

CA 的轨迹生成涉及多目标优化，需要在检测能力利用和燃料消耗之间权衡。CA 与架构的交互形成双层优化问题。

应用场景

CA 概念适用于地月空间载人任务、商业月球任务等依赖 SSA 支持的高价值资产任务规划。

相关概念

参考文献

  • Klonowski M, Owens-Fahrner N, Heidrich C, et al. Cislunar space domain awareness architecture design and analysis for cooperative agents[J]. The Journal of the Astronautical Sciences, 2024.
  • Klonowski M. Cislunar Space Situational Awareness Architecture Design and Analysis[D]. University of Colorado Boulder, 2025.
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Contributors: Cron Job