基于粒子群优化的月球捕获制动方法研究

在给定燃料下,探测器被月球引力捕获并精准进入绕月轨道是月球探测任务中需要考虑的重要问题之一。针对固定推力制动策略,以最终绕月轨道偏心率以及最终绕月轨道近心点高度为约束,以燃料消耗为性能指标,使用粒子群算法进行月球捕获过程的轨道优化,仿真整个捕获制动过程。结果表明,在粒子群优化算法框架下,使用固定推力方向制动策略进行捕获制动,得到的捕获轨道能够很好的满足所有终端状态约束,并且能够优化燃耗。此外,采用的固定推力方向制动策略易于实现,对控制系统要求较低。将粒子群优化算法应用到固定推力方向捕获制动策略中,可避免复杂的方程分析,整个系统简单有效,具有一定的工程实用性,可为我国月球探测轨道设计提供参考。

月球探测器捕获分析及评估

国外深空探测活动的实践表明:深空探测器在整个飞行过程中要进行多次轨道控制才能实现其使命轨道。以我国嫦娥一号(Chang’e-1)探月卫星轨道为例,对探月卫星进行月球制动捕获所需脉冲速度增量ΔV进行了分析,通过仿真计算指出ΔV最小达到约200 m/s,即可保证制动后卫星飞行轨道的远月点在地月系统作用范围内。针对捕获制动过程,参考国外经验并结合我国现有测定轨设备及方法的实际条件,分析了通过监视多普勒测速和VLBI时延率残差变化的趋势进行轨道控制效果评估方法的可行性。

嫦娥一号卫星近月点捕获分析

根据我国嫦娥一号探月卫星轨道设计，卫星第一次飞至近月点时的轨道高度为200km，相对月球运行的轨道为双曲线轨道，这时必须对卫星进行减速机动，实现卫星的月球捕获。本文针对第一次月球制动捕获时，所需脉冲速度增量进行了分析，通过仿真计算指出制动速度增量最小达到约250m/s，卫星实际轨道接近目标轨道，便可认为基本实现了卫星的月球捕获。并且提出通过监视多普勒测速残差、VLBI时延率残差的变化对轨道控制效果进行准实时处理评估。