地月历表误差对共线平动点周期轨道的误差影响分析

基于圆形限制性三体问题下地月平动点的3阶轨道解析解,分析不同初值条件下的轨道演化特性,并基于误差传播理论研究地月历表误差对地月共线平动点周期轨道在不同初值及初值误差时的影响。结果表明:1)轨道误差与地月历表误差在同一个量级,当地月历表误差均值不为0时,其峰值大约为地月历表误差的2.5倍,轨道误差随时间变化的无量纲周期约为轨道无量纲周期的0.5倍;2)在同一条轨道的不同位置,地月历表误差影响存在较大差异,平面Lyapunov轨道、Halo轨道和垂直Lyapunov轨道误差的峰值点分别位于或接近X向最大值与最小值处、Z向最大值与最小值处和z=0处。

平动点导航星座下的月面接收机自主完好性监测

为了减少月球探测复杂环境对导航的影响和提升平动点导航星座的可靠性,提出了一种基于多假设解分离的月面接收机自主完好性监测方法。该方法利用了地月空间引力不对称性,仅需3颗平动点卫星测量信息就可以实现月面用户级完好性监测。为使月球背面更多区域的可见星数达到完好性监测所需卫星数,增加L2点Halo轨道卫星数并采用多种群遗传算法优化Halo轨道振幅和初始相位。最后采用解分离算法验证了基于3颗卫星进行完好性监测的可行性。仿真表明,在2颗可见星条件下可实现故障检测,平面短周期轨道卫星故障更容易检测;在3颗可见星条件下可实现故障排除,故障偏差达到20σ~30σ(σ=1 m)时,故障检测率和排除率开始上升到100%。首次分析了基于平动点导航星座的完好性监测可行性并提出了解决方法,该方法可应用于探月任务导航领域,为未来探月任务完好性监测算法和平动点导航星座设计提供了有益参考。

共线平动点中心流形上的轨道转移问题

圆形限制性三体问题共线平动点附近的平动点轨道由于其独特的动力学特性,在深空探测任务中有着重要价值,这些轨道间的轨道转移问题值得进行系统性研究.针对平动点轨道的计算与延拓,提出了一种基于数值的系统性计算平动点轨道的方法以及状态伴随法的轨道稳定维持策略.在此基础上,通过对大量平动点轨道不变流形以及平动点相空间中心流形的研究,设计了一套通过脉冲机动实现平动点轨道间轨道转移的系统性解决方案.该方法充分利用平动点动力学特性,在仿真验证中证实了方案的有效性,为平动点轨道转移研究提供了新的思路.

地月平动点轨道应用与研究进展

面向未来月球和深空探测任务的需求,调研了地月平动点应用与研究的国内外现状与进展,着重分析了近年来的研究方向、研究内容、技术方法与特点,提出了面向未来月球和深空探测任务的地月平动点应用构想,梳理总结了需解决的相应关键技术,可为未来平动点相关研究与应用提供有益借鉴,以及为我国后续月球和深空探测任务的规划与论证提供参考。

平动点轨道的动力学与控制研究综述

平动点轨道在深空探测领域具有重要的应用价值,引起了国内外航天界的密切关注。详细介绍了平动点轨道的发展历史,并深入剖析平动点附近的相空间结构和同\异宿连接的力学机制;论述Halo轨道转移方式的实现、轨道维持策略及平动点轨道的姿态描述,然后讨论了实现深空组网的平动点星座建立。平动点具有十分丰富的内容,在轨道动力学其他领域亦有扩展,细致分析了平动点理论在地月转移、太阳帆轨平动点以及近地编队飞行等方面的应用。

利用地月平动点轨位资源拓展航天器应用

作为地月空间中的一种重要资源,利用地月平动点轨道可以构建多种新型航天器系统,具有重要的应用价值。文章总结了国内外在地月平动点轨道应用方面的研究和论证情况,介绍了地月平动点及其轨道的特点,分析了地月平动点的可能应用领域,并提出了在对地实时观测和态势感知等方面的应用方案设想,分析了地月平动点应用涉及的轨道设计、远距离通信等关键技术,并给出了未来发展建议。

三角平动点在深空探测中的应用前景

与共线平动点不同,圆型限制性三体问题中的两个三角平动点在一定条件下,无论是线性意义下还是非线性意义下,都是稳定的,其附近存在着周期与拟周期轨道,在深空探测中有应用前景.该文首先简单介绍三角平动点附近运动的动力学特征,然后以日-(地+月)系和地-月系两个三体系统为例,进一步阐述真实引力模型下三角平动点附近的运动状态,最后以这两个三体系统为例,探讨了三角平动点探测器的发射和定点轨道控制问题.

嫦娥五号平动点拓展任务轨道方案研究

中国嫦娥五号探测器成功实现月球采样返回任务,为最大限度利用任务资源,研究了利用嫦娥五号轨道器的平动点拓展任务轨道方案,设计了平动点轨道及其转移轨道。首先,给出了任务轨道设计的轨道动力学模型,包括圆型限制性三体问题模型和精确力模型。其次,基于嫦娥二号和嫦娥5T1平动点拓展任务设计经验,介绍了平动点轨道直接转移与入轨等轨道设计方法。最后,基于嫦娥五号轨道器与返回器分离后的状态,设计了包括日地Lissajous轨道、地月Lyapunov轨道和NRHO轨道的平动点拓展任务方案,其中日地Lissajous轨道方案分别考虑了轨道器规避机动至不同近地点高度的情况,地月Lyapunov轨道方案采用月球借力转移方式并且涵盖了地月L1和L2点,NRHO轨道方案包括直接深空机动转移和经日地L1点转移的方式。研究结果表明,拓展任务方案所需速度增量不超过400 m/s,最小为103 m/s,转移飞行时间基本不超过90天,最短为70天,研究方案可为嫦娥五号轨道器拓展飞行任务提供有益参考,实现了我国首次日地L1点探测飞行。

共线平动点的动力学特征及其在深空探测中的应用

首先系统地阐述了限制性三体问题中共线平动点的动力学特征,给出了这类平动点附近的中心流形(周期轨道和拟周期轨道)及双曲流形(稳定与不稳定流形)的计算方法,并在限制性三体问题模型下给出了相应的数值算例。在此基础上,进一步探讨了将探测器定点在共线平动点附近的条件和相应的轨道控制问题以及如何利用共线平动点的不稳定性实现节能过渡问题,并在太阳系多天体引力模型下给出了一些算例。

地-月系平动点及Halo轨道的应用研究

地-月系统的平动点L1点及L2点的Halo轨道在探月工程中有重要的应用价值,可分别用于地月连续通信覆盖和月球背面的探测。由于在地-月系统中太阳的引力不可忽略,特别是在长时间作用以后,其动力学行为与摄动力较小的日-地系统有明显的不同。本文分析了如何利用太阳引力进入地-月系统的L1点及L2点的Halo轨道、以及由Halo轨道进入近月轨道的问题,两者综合起来构成了一条完整的地月低能转移轨道。研究结果对探月轨道设计有一定的参考价值。

关于共线平动点的特征及其在深空探测中的应用

系统阐述了小天体运动对应的圆型限制性三体问题共线平动点的强不稳定性特征,以及其附近的条件周期轨道——晕轨道(Halo Orbit)的存在、相应解的构造。这种特殊的轨道形式和共线平动点附近的弱稳定走廊,可分别用于在深空特殊位置附近定点有各种科学探测目标的探测器和向节能轨道过渡的通道。

地月平动点拟周期轨道设计方法

地月平动点附近存在的大量拟周期轨道是一类用途广泛的轨道,其设计方法一直是研究的热点。为了克服使用圆形限制性三体模型设计任务轨道时缺乏摄动分析的不足,提出了改进的基于高精度星历模型和多步打靶法的设计方法。具体地,根据地月平动点拟周期轨道在瞬时平动点旋转坐标系中的特征,基于瞬时平动点的运动规律,结合多步打靶法,推导出了三维空间拟周期轨道拼接点的求解方法。仿真分析表明,所提的设计方法可以有效地设计出地月平动点拟周期轨道。

平动点双脉冲转移轨道的快速计算方法

针对限制性三体问题中的平动点双脉冲转移,提出一种高效的计算方法。通过利用基于二维插值的数值流形近似方法对流形进行近似计算,同时利用二体模型下的圆锥曲线近似流形拼接段,根据经典轨道要素推导得到完成拼接所需的速度增量,避免在优化过程中对流形的重复积分计算,以及在三体模型下对拼接段的迭代计算,从而显著提高计算效率。然后推导得到三体问题下的主矢量理论,可将其用于对优化所得的双脉冲转移轨道进行燃料最优性的验证。最后,以航天器从近地圆轨道到地月系L1点的halo轨道的双脉冲转移为例进行数值仿真,验证数值流形近似算法和二体模型近似脉冲的有效性,并表明该方法在优化过程中具有高效性。

地月系中探测器定点在三角平动点附近的位置漂移及其控制问题

对地月系中三角平动点的稳定状态以及在该点附近定位探测器的可能性作了深入探讨,研究表明,尽管地月系中的μ值较大(μ=1/80),在圆型限制性三体问题意义下,所允许的初始状态偏离程度可以很大,但由于第四体(太阳)引力摄动太大(其量级可达2×10-2>μ),将探测器无控制地定点在其三角平动点附近的可能性几乎不存在。如果有这种定点需要,则必须在运行过程中按偏离的规律进行轨控,就像地球静止卫星在赤道上空定位控制那样,进行"东西"控制(相当于轨道半长轴的控制)和"南北"控制(相当于轨道倾角的控制)。

地月系L2平动点卫星月掩规避问题分析

针对地月系L2平动点附近的月掩现象,研究了地月系L2点绕飞卫星规避月掩的问题。依据采用设计李萨茹(Lissajous)轨道规避月掩的策略,首先研究了Lissajous轨道初始位置方向和轨道振幅对规避月掩持续时间的影响,进而对月掩规避轨道进行了设计与验证,最后定量分析了长时间规避月掩进行星地持续通信的效果。所设计的L2点绕飞轨道满足规避月掩的基本需求,研究结果对月掩规避轨道的工程设计和与"三体问题"相关的掩星研究具有参考意义。

地月平动点拟周期轨道探测器自主导航方法研究

地月L2点的拟周期轨道可以用于实现与月球背面的持续通信,具有重要的科学研究价值和广阔的应用前景。针对地月L2点探测器所处的弱稳定拟周期轨道,论证了基于日地月信息的自主导航方法的可行性,并进行了深入分析。首先,推导了会合坐标系下带有星历的精确导航动力学方程;其次,针对弱稳定轨道不同于近地强稳定轨道的特性,在基于日地月方位信息导航的基础上,提出了三种敏感器组合方案。使用迭代最小二乘方法给出导航仿真结果,并结合非线性可辨识性理论对这三种情况下历元状态的可辨识性及可辨识度进行分析。最后,仿真结果表明,使用日地月敏感器以及对地多普勒雷达可以满足历元状态的可辨识性、导航的收敛性以及系统经济性的要求。

光引力限制性三体问题的平动点

本文研究两个主星体的质量缩减因子ｑ＿，ｑ＿２∈（－∞，１］的光引力限制性三体问题。文中给出一种平动点的个数估计和位置计算的分析方法。结果表明对于不同的ｑ＿１和ｑ＿２可有１～７个平动点。作为应用，文末还讨论了太阳系类似彗尾尘埃物质的运动。

一种新的共线平动点拟周期轨道稳定保持策略

限制性三体问题下共线平动点附近的拟周期轨道在深空探测中具有重要的实际应用价值,得到了各航天大国的广泛重视。通过将动力学中心流形结构引入轨道控制方法的设计之中,得到了基于投影到中心流形的共线平动点拟周期轨道稳定保持策略。首先推导了会合坐标到中心流形坐标的正则变换方法,在此基础上设法通过引入轨道机动,将偏差状态点投影到中心流形上,从而达到消除不稳定分量的目的。该方法充分整合了平动点的动力学特性,并且也适用于周期轨道的稳定保持。通过对Lissajous轨道和晕轨道的数值仿真表明,该方法较以往方法具有更强的稳定性,能在显著降低轨控燃料消耗的基础上达到较好的稳定保持效果。

Lagrange三角平动点邻近的相空间结构

构造描述一类特殊平面圆型限制性三体问题的一个映射，并用这个映射讨论了该类三体问题Ｌａｇｒａｎｇｅ 三角平动点邻近的相空间结构以及它的稳定性，发现当两个主天体的质量比μ＜ ０ ．０２１６５ 时，除去μ＝ ０ ．０１４４０ 的例外情况，三角平动点被不变曲线包围，是稳定的，这与理论结果相符，由此可解释特罗央群和希腊群小行星的稳定存在．

从地球到日-火系平动点轨道的转移

平动点轨道特殊的空间位置及动力学特征,使其在深空探测中具有重要的应用。以日-火系平动点轨道(Lissajous与Halo轨道)任务为目标,结合平动点轨道的不变流形理论,研究了小推力转移问题。首先给出了圆型限制性三体动力学模型下平动点附近不变流形(稳定和不稳定流形)高阶分析解以及相应的计算实例。接着以流形分析解为基础,建立了初始小推力轨道优化模型,并利用改进的协作进化算法求解初始小推力轨道。最后将初始轨道离散,采用多点打靶法将最优控制问题转化为参数优化问题,并用序列二次规划方法(SQP)求解。仿真结果证明轨道设计方法的有效性。