基于可控域的定点返回轨道全局敏感性分析

针对载人月球探测定点返回轨道在多变量、多约束的复杂参数空间内参数之间影响关系不确定的问题,对载人探月定点返回轨道的参数敏感性问题进行了研究。基于近月点伪参数,建立了定点返回轨道的可控域计算模型,并提出了一种基于可控域的全局参数敏感性分析方法,以计算得到的可控域集合点构建敏感性分析矩阵,通过基于方差的方法对各参数的敏感性进行求解。在仿真分析中,得到了在给定约束条件下定点返回轨道可控域范围的一般分布规律,并给出了可控域范围内近月点伪参数对终端参数的敏感性指标。相关研究结论可为未来的载人月球探测轨道任务分析与设计提供重要参考。

探月飞行器定点返回轨迹特性分析

对探月飞行器返回到预期着陆点的轨迹特性进行了研究,着重分析了月球定点返回着陆点和再入点位置的变化规律。分析了返回轨迹特征点的相对位置特性,包括月球反垂点、再入点、近地点,得到了再入点速度、纬度具有变化较稳定的规律。在特征点位置特性研究的基础上,给出了着陆点和再入点位置分析近似方法;基于月相原理研究了着陆点光照条件和月球返回窗口的关系,定性地给出了基本结论。基于双二体模型进行轨迹仿真计算,验证了利用该理论模型分析月球定点返回轨迹的有效性。

载人登月着陆窗口与定点返回轨道耦合设计

对于月面中高纬度着陆且定点返回地球中高纬度着陆场的载人登月任务而言,月面着陆窗口与定点返回轨道设计存在耦合关系,这是工程任务面对的关键技术之一。针对任务背景及约束条件,建立月面着陆窗口与定点返回轨道求解数学模型;通过数值求解着陆窗口与返回轨道参数规律,并从空间几何关系分析耦合机理;以2025年载人月面虹湾探测为例,给出了着陆窗口与定点返回轨道求解流程及验证算例。计算结果经商业软件STK校验正确,表明该方法是一种简捷精确的载人登月任务规划方法,可在未来载人登月工程任务规划时直接使用。

载人月球极地探测定点返回轨道设计

针对载人月球极地探测任务,对定点返回轨道优化设计问题进行了研究。根据月球极地轨道的特性,介绍了三种返回轨道机动方案。结合三脉冲变轨方案,采用了从初步计算到精确计算的串行求解策略,对定点返回轨道进行优化设计。初步计算阶段,建立了基于近月点伪参数的三段二体拼接模型,将三脉冲机动段与月球逃逸段解耦,求解轨道初值;精确计算阶段,提出了两段拼接方法,分别进行逆向和正向高精度数值积分。经过仿真测试,验证了该策略求解的有效性和准确性。最后,通过大量的仿真计算,分析了定点返回轨道的特性。研究结论对未来载人月球极地探测定点返回轨道方案的设计具有重要的参考价值。

不同升降轨返回方式下定点返回轨道窗口解析分析方法

月地返回任务是载人月球探测任务实施的最后环节,建立恰当的定点返回轨道窗口分析方法可为任务设计和分析提供支持。现有的定点返回轨道窗口分析方法难以适应不同升降轨返回方式,且无法给出窗口的存在性必要条件。首先在地心惯性系下通过球面几何分析了月球反垂点与地球着陆场之间的关系,建立了升轨返回、降轨返回和先升轨再降轨返回等不同返回方式下定点返回轨道窗口的解析计算方法。然后考虑最大航程角和最小航程角约束,推导了着陆场纬度与返回轨道倾角需要满足的存在性必要条件,并建立了月球反垂点位置的解析修正模型。最后对地球不同纬度着陆场和不同返回方式的轨道窗口进行了仿真分析,给出了返回轨道倾角和着陆场纬度的选取建议,相关结论可为未来载人月球探测总体任务规划提供参考。

载人登月定点返回轨道设计与特性分析

载人登月定点返回要求既满足月球停泊轨道约束,又要满足大气再入走廊和再入点位置约束,同时还需节省能量和时间.本文首先推导了适用于描述定点返回轨道的拼接模型圆锥曲线方程,通过选择物理意义明显的轨道参数作为设计变量,建立了包含转移时间和速度增量约束的定点返回轨道设计模型,然后将解析模型和数值算法有效结合起来设计初始轨道,采用了一种从初步设计到精确设计的串行策略来设计高精度轨道,仿真结果表明此方法具有求解精度高,计算速度快的特点.以上述方法为基础,对定点返回轨道的月心轨道参数、地心轨道参数、转移速度和时间等轨道特性做出了分析,为载人登月任务轨道方案的制定提供参考.

中秋节载人登月任务窗口与转移轨道设计研究

提出了中秋节载人登月概念,论述了中秋节载人登月的意义和价值,对中秋节载人登月任务窗口与转移轨道设计进行了研究。忽略木星等大行星摄动力、地球潮汐摄动力、地球扁率的间接摄动和相对论效应等微小量,建立了轨道动力学模型,给出了任务工程约束。考虑登月时刻在农历八月十五日20:00左右,给出了全任务窗口规划的策略,对转移轨道模型及优化进行设计,以近月点坐标系参数为优化设计变量,分别对地月自由返回和月地定点返回两种轨道进行了优化设计。给出了2017年中秋载人登月的算例,验证了精确星历模型下全任务窗口规划策略和转移轨道设计策略的有效性。给出了2017~2036年间中秋节载人登月的窗口轨道参数等。研究可为我国未来载人登月任务目标制定及工程实施提供参考。