近地小行星远距离逆行轨道监测布局与效能评估

针对近地小行星地基监测系统对日不可见盲区限制、监测体系发现与编目能力不足等问题,提出了天基远距离逆行轨道4星监测系统解决方案,据此定量化分析了天基监测系统对上述问题的解决能力,建立了配套的效能评估模型,给出了对应评估软件的实现流程,按照可见光和红外谱段完成了各要素整合后得到评分。通过分析评估,印证了远距离逆行轨道监测布局对地基监测系统不可见盲区全时可见的补偿效能,以及对目标发现编目能力的提升,可为后续天基监测体系的建设提供设计参考。

地月远距离逆行轨道脉冲调相方法

地月远距离逆行轨道(DRO)在月球探测、地月空间开发等任务中具有重要价值。针对地月DRO的脉冲调相机动问题,提出了直接调相和间接调相两种调相方法。首先,通过数值方法构建了地月DRO直接调相策略的可行集,分析了调相机动起点和终点位置选择对调相性能的影响,得到了双脉冲最优和次优调相机动策略。针对相位差较大的调相问题,进一步提出了双脉冲弧段组合调相策略。其次,利用地月平动点周期轨道及其同宿、异宿转移轨道,构造了地月DRO间接调相方法,并分析了不同雅可比常数下间接调相策略的燃耗和飞行时间。最后,分析对比了间接调相轨道与直接调相轨道的性能,给出了两者的适用条件。研究结果将为地月DRO的广泛应用开发提供理论基础。

地月空间的远距离逆行轨道族及其分岔研究

地月系统中存在着一类绕月逆行、高度稳定的轨道族,称为远距离逆行轨道族(DRO)。以圆型限制性三体问题(CR3BP)为动力学模型研究了DRO轨道族周边的动力系统结构。利用Broucke稳定性图寻找分叉点,判断分叉类型,基于数值延拓计算分岔后产生的一系列新轨道分支。分叉类型主要有切分叉与多倍周期分叉(从3倍周期开始),轨道维度包含平面轨道族与三维轨道族。计算新轨道族的特征,包括形状、周期、能量、稳定性、双曲流形结构等。探讨周期轨道的轨道周期与能量的关系,以几何化的方式展现分叉结构、多周期轨道的双曲流形结构等。该动力结构将为基于DRO轨道族的地月空间任务提供重要的理论支持。

逆行轨道气管插管术的临床应用(附3例报告)

我科对3例气管插管异常困难病人,经采用环甲膜穿刺置入内含钢丝的硬膜外导管行逆行轨道插管获得成功,现将方法和体会报告如下。

基于地基测量数据的月球DRO轨道定轨精度分析

针对地月空间DRO探测,基于中国深空探测任务的现有测量条件,仿真分析月球DRO轨道探测器定轨预报精度。采用批处理定轨方法,选择以地球为中心天体进行轨道积分,并增加了月球非球形引力摄动。计算分析表明,在目前的测量条件下,2天短弧测距单独定轨精度为km量级,速度精度优于3cm/s,预报7天三维位置最大差异为数10km量级,速度差异小于6 cm/s;测距联合VLBI定轨精度为百米量级,速度精度优于0.4 cm/s,预报7天三维位置最大差异为千米量级,速度差异小于2cm/s,VLBI数据的加入能显著提高DRO短弧定轨预报精度。5天长弧测距单独定轨精度优于1km,速度精度优于1cm/s,预报7天三维位置最大差异小于2km,三维速度最大差异小于1cm/s,增加定轨弧长对测距数据单独定轨预报精度有显著提高。

远距离逆行轨道上的近距离自然及受控编队

远距离逆行轨道(DROs)是地月空间中一族稳定的周期轨道,适用于地月空间站等长期任务。为维持任务的长期存在,交会对接及编队飞行等任务是必要的。因此有必要分析远距离逆行轨道上的近距离相对运动解,并进行编队设计。首先,基于Floquet理论得到了远距离逆行轨道上的近距离线性化相对运动的基础解集,并对其解进行了分类与分析。其次,以基础解集中的自然周期解为基础设计了伴飞编队,并对其特性进行了全面分析。之后,针对圆形受控绕飞编队做了详细的分析,可用于指导后续受控编队的设计。最后,设计了两点之间的安全转移编队,可用于任意两点之间的转移,并保证转移过程中主星与副星之间具有足够的安全距离。

“嫦娥”六号任务轨道设计技术创新与启示

“嫦娥”六号任务是人类首次月背采样返回任务,其飞行任务的轨道设计面临着全新的挑战。研制团队在“嫦娥”五号成功经验的基础上,以完成月背采样返回的新任务为目标,以“嫦娥”五号与“嫦娥”六号任务之间的差异分析为抓手,突破了逆行环月轨道设计与控制、飞行时序适应性调整、三脉冲定时定点与按时起飞的近月制动控制策略、变射向变转移时间地月转移轨道设计和返回轨道适应性调整等关键技术。首先给出了“嫦娥”六号的飞行阶段划分,随后介绍了轨道设计的技术创新和亮点,最后阐述了轨道设计工作中获得的经验与启示。

基于DRO的小行星往返飞越探测轨道设计优化方法

远距离逆行轨道(Distant Retrograde Orbits,DRO)是地月系统内一类稳定的周期性轨道,本文研究航天器从DRO轨道站出发,通过月球和地球引力辅助实现飞越探测近地小行星的往返转移轨道设计方法。通过地月引力辅助作用和中途杠杆机动等技术手段减少调整倾角所需的速度增量,扩大在相同速度增量约束下飞越探测小行星的可达范围。同时,通过引入DRO调相轨道,减少DRO逃逸和俘获时的相位约束,将转移轨道段与DRO轨道站的相位解耦,从而降低了该问题的计算复杂度。仿真结果表明,在2 km·s–1的速度增量等约束条件下,通过此研究方法可以实现从DRO轨道站出发飞越探测近地小行星并返回的轨道设计。

月球背面无人自动采样返回任务分析与要点设计

嫦娥六号任务是实现人类首次月球背面采样返回的任务。针对月球背面整体地形崎岖、可选平坦采样区少的特点,通过开展采样区选址分析,选取了南极艾特肯盆地阿波罗坑内的主、备两块着陆区,确保月背安全可靠着陆、起飞和月面工作;针对嫦娥六号在产品技术状态基本确定情况下实现新的任务目标,需要开展系统方案优化设计,减少系统的改动量,规避过多技术状态更改带来的工程实现风险,通过开展方案比较确定了逆行环月轨道飞行方案,在保证实现任务目标的前提下实现了系统更少的更改;针对嫦娥六号中继测控时长相对嫦娥五号减少且不连续的特点,提出了分阶段、多自主、中继联合协同的月面工作时序设计方案,确保着陆、起飞和月面工作可靠、高效实施;针对载荷搭载需求,提出了以数据处理单元作为核心的系统设计方案,确保系统信息接口、电气接口的安全性,并对不同载荷设计了定制式探测模式,在保证不影响主任务完成的前提下,实现探测收益的最大化。以上方法已经在嫦娥六号任务中得到了工程应用,确保了人类首次月球背面无人自动采样返回任务的圆满成功,并可为后续月球及深空探测任务提供有益的参考。

基于数值延拓的日月综合借力DRO入轨策略

远距离逆行轨道(DRO)是地月空间中的一类周期轨道,这类轨道具有长期稳定、入轨能量低的特点,可作为未来载人月球和载人火星任务的中转站。对于地球至DRO的两脉冲入轨任务,采用日月综合借力(即同时使用弱稳定边界(WSB)和月球借力(LGA))可以最大化入轨质量,但是这类轨道对初值非常敏感。使用日月综合借力拓展DRO入轨脉冲包络,改进构造方法和提供解析梯度大幅提高多步打靶收敛率,提出2层伪弧长延拓方法进一步降低任务总脉冲。数值仿真采用共振比为2∶1的DRO,脉冲最低解采用“LGA+WSB+2LGA”的飞行模式,飞行时间为123天,近地轨道发射脉冲为3.125 km/s,DRO入轨脉冲仅为19.7 m/s。

逆行地球同步轨道特性探索

为了探索逆行地球同步轨道在主要环境力作用下的轨道特性,给出了适合进行数值仿真的轨道动力学模型,并以先进的RKDP方法进行求解.对所得仿真数据利用求和取平均的方法去除摄动力产生的短周期效应,通过分析去短周期项后的数据揭示出了逆行地球同步轨道的演变特点.

太阳同步卫星及其轨道计算

阐述了太阳同步卫星的摄动、形成、特征、用途与轨道计算。

欧阳自远:解密月球 逐梦星辰

欧阳自远是我国天体化学的开创者,中国科学院院士,中国月球探测工程首任首席科学家,他是中国科学界的一颗璀璨明珠,也是天体化学领域的传奇人物,被誉为“嫦娥”之父。2024年6月25日14时07分,随着嫦娥六号返回器携带来自月背的月球样品安全着陆在内蒙古四子王旗预定区域,已耄耋之年的欧阳自远眼中闪烁出孩童般的喜悦与热切。他激动地说:“嫦娥六号是中国航天史上迄今为止技术水平最高的月球探测任务,突破了月球逆行轨道设计与控制技术、月背智能采样技术、月背起飞上升技术,实现了世界首次月球背面自动采样返回,再次创造了中国航天的世界纪录。”

创新微议

人民日报【成功着陆月背!#嫦娥六号将实施人类首次月背采样返回#】6月2日6时23分,嫦娥六号着陆器和上升器组合体在鹊桥二号中继星支持下,成功着陆在月球背面南极-艾特肯盆地预选着陆区,嫦娥六号任务实施人类首次月背采样返回,工程创新多、风险高、难度大,相比2020年实现月球正面采样返回的嫦娥五号任务,嫦娥六号任务突破了月球逆行轨道设计与控制技术,并将在鹊桥二号中继星的支持下,完成月背智能快速采样、月背起飞上升等关键技术节点。

一种适用于平动点周期轨道初值计算的简化路径搜索修正法

在限制性三体问题中,路径搜索修正法是一种基于平动点周期轨道垂直穿越Poincare截面的几何对称性计算平面及空间平动点周期轨道近似初值的方法.采用路径搜索修正法的一种简化形式,在圆形限制性三体模型中,对地月系中几种典型的平面及空间周期轨道近似初值进行了计算.结果表明,该简化方法得到的周期轨道近似初值不唯一,由近似初值经微分修正得到的精确结果中通常同时存在Halo轨道和大幅值逆行轨道(DRO).进一步分析表明,在某些临界初值下,精确结果中Halo轨道将消失,同时可能出现平面Lyapunov轨道及Vertical轨道.上述计算中,搜索初值与结果中轨道类型的对应关系值得进一步研究.

我国卫星的运行轨道

我国航天事业,促进了国民经济和社会的持续发展,带动了科学技术的全面进步,增强了国防实力,提高了国家的综合国力和国际地位,为中华民族屹立于世界民族之林作出了重要贡献。 顺行轨道 顺行轨道的特征是轨道倾角即轨道平面与地球赤道平面的夹角小于90°。在顺行轨道上运行的卫星,绝大多数离地面较近,高度仅为数百公里,故而通常将这种轨道称为近地轨道。我国地处北半球,要把卫星送入这种轨道,运载火箭要朝东南方向发射。

DRO卫星编队同波束差分相对导航

针对地月空间远距离逆行轨道(Distant Retrograde Orbit,DRO)卫星编队相对导航的需求,提出一种同波束差分相对导航方法。在地月空间中,2颗DRO卫星所构成的编队可被1颗近地球轨道(Low Earth Orbit,LEO)卫星发出的测量波束所覆盖,从而与该LEO卫星同时建立2条观测链路。由这2条测量链路得到的差分测量数据与地月三体轨道动力学模型相结合,即可实现DRO卫星编队相对导航。DRO处于地月三体引力场非对称性较强的空间,根据LiAISON原理,运行于该轨道的卫星与LEO卫星建立的1条测量链路即可实现自主导航,从而可确定其中1颗DRO编队卫星与LEO卫星的绝对轨道状态。同波束差分相对导航方法以两星的绝对状态作为约束条件,利用差分测量数据消除测量中的共同误差,可获得DRO卫星编队的高精度相对状态。分别对DRO近距离卫星编队(星间距离为50km)及DRO远距离卫星编队(星间距离为数万km)相对导航的性能进行了仿真测试。结果显示,星间测距噪声为0.5m时,相对导航位置精度为5m,该结果比利用绝对导航作差提高了4倍。

基于椭圆型限制性三体模型的借力飞行机理研究

针对星际探测中的借力飞行技术,基于椭圆型限制性三体模型,深入研究了借力飞行自由参数与借力飞行轨道变化之间的关系。在椭圆型限制性三体问题的假设下,通过正向和逆向积分相结合的方法,重点研究了借力天体轨道偏心率和相位角对借力飞行逃逸和俘获区域参数变化的影响,同时分析了借力天体轨道偏心率和相位角对借力飞行实现顺行轨道与逆行轨道转变区域参数变化的影响,并以地月系统引力参数为例,分析了借力天体分别对应不同轨道偏心率和相位角时,前向和后向飞越情况下,借力飞行对轨道能量和角动量的影响,总结出了相应的变化规律。这些研究对于借力飞行轨道的设计与应用具有重要的参考意义。

基于圆型限制性三体模型的借力飞行机理研究

针对星际探测中的借力飞行技术,基于圆型限制性三体模型,深入研究了全相位角情况下借力飞行自由参数与借力飞行轨道变化之间的关系。在圆型限制性三体问题的假设下,通过正向与逆向积分相结合的方法,给出了圆型限制性三体系统中,通过借力飞行实现逃逸与俘获以及顺行轨道与逆行轨道转变的条件,并以地月系统为例,给出了通过月球借力飞行实现地月系统俘获与逃逸的借力飞行参数选择区域。同时,也给出了通过月球借力飞行实现轨道类型转变的参数变化范围。最后,讨论分析了借力飞行高度、速度和借力相位角对借力飞行轨道能量变化量的影响,进一步揭示借力飞行自由参数与借力飞行轨道变化之间的关系。

近地小行星天地基光学监测系统预警能力分析

针对近地小行星撞击地球的威胁,分析研究了各类典型天地基光学监测系统的短期预警能力.提出了短期预警圈的概念,利用太阳系内天体光学反射模型,仿真计算了以LSST为代表的大口径地基望远镜,以日地L1点、类金星轨道和大幅值逆行轨道三种典型轨道为代表的天基光学监测系统的短期预警能力,并比较了三种天基系统对太阳方向来袭的近地小行星的预警能力.结果表明,L1点预警覆盖稍好但可提供的预警时间较短;类金星轨道星座预警时间长、天区覆盖广,但存在相位间隙会导致漏警;大幅值逆行轨道针对太阳方向具有覆盖率高、预警时间长等优势.可见,通过部署若干天基系统监测节点,可以为地基监测系统提供有力补充,解决太阳方向的覆盖盲区问题,全方位预警近地小行星撞击地球风险.