载人月球探测轨道设计的挑战与技术发展趋势

轨道设计是载人月球探测工程中的一个重要问题,直接影响工程实施的效果、甚至成败。本文概述了载人月球探测工程中涉及的飞行轨道,指出了轨道设计所面临的三方面挑战,即飞行轨道方案、轨道设计效率、任务全局最优化的挑战;简要介绍了国内外载人月球探测轨道设计的研究进展;提出了当前载人月球探测轨道设计需要重点突破的几个关键技术问题,包括一体化轨道设计与优化、应急任务轨道设计、地月空间任务高鲁棒性轨道设计、月球轨道空间站的轨道设计和地月空间轨道通用设计软件等问题。

载人月球探测序列任务组合仿真设计与试验

针对载人月球探测序列飞行任务仿真需求,提出采用一套模型和一个仿真平台实现多个序列飞行任务的组合仿真设计。根据基于地月空间站的无人绕月飞行、地月空间站部署、载人环月飞行和载人登月飞行4类序列任务特点,抽象出通用动力学、自由返回地月转移规划、一般地月转移规划、GNC、测控通信等通用化仿真模型,设计了dSIM仿真平台,采用分布式仿真中间件、标准化模型规范和可视化模型组合等技术,将仿真模型通过平台组合形成具备4种任务仿真功能的仿真系统。采用建立的仿真系统对载人月球探测序列飞行任务进行了仿真,仿真结果表明组合化设计思想能够适应序列飞行任务仿真。

利用地月间空间站的载人登月飞行模式分析

为提高空间站利用率,降低载人登月任务成本,有效开发地月空间,研究了基于地月空间不同轨道空间站的载人登月飞行模式。首先对比直接往返登月飞行模式,对基于空间站的载人登月飞行模式进行任务分析,通过空间站将载人登月任务解耦为载人天地往返任务和登月任务两部分;其次通过轨道设计和稳定性分析提出考虑登月任务需求的地月间空间站可运行轨道和停泊点;最后建立一套飞行模式评价模型,从速度增量需求、飞行时间、空间环境、登月任务窗口、测控条件、交会对接技术难度、后续任务支持性和任务可靠性方面对6种不同位置空间站的登月飞行模式进行分析和定量评价。评价结果表明基于L2点Halo轨道空间站的载人登月飞行模式为更优飞行模式。