地月转移轨道特征及快速设计方法
利用STK实现从地月L2点到月球圆轨道的转移轨道设计
引言：用STK 设计最优轨道，首先需要寻找参考轨道，否则优化就无从谈起。在前一阶段的学习中，我利用Matlab 实现了圆型限制性三体问题转移轨道的一般求解，主要内容是求解三体兰伯特问题（分为两种类型），一种是给定时间的点到点的转移，另一种是给定点到目标轨道的转移。但Matlab 编写的程序收敛性不是太好，并且Matlab 编程中所考虑的力学模型过于简单，在工程上的参考意义不大，所以我尝试着利用STK 的计算能力，重新实现三体转移轨道的设计。 完成图 STK 三体转移轨道设计步骤 1. 首先在场景中添加卫星和两个大天体，这里添加的大天体不影响Astrogator 中积分器的力学模型，只是用于在场景中显示一些相应的几何图形，没有其它意义。 利用STK 实现从地月L2点到月球圆轨道的转移轨道设计 2011年11月2日 20:44
屏幕剪辑的捕获时间: 2011/11/2 20:48 2. 设置航天器的任务控制序列 屏幕剪辑的捕获时间: 2011/11/2 20:54 Astrogator的设置是实现转移轨道设计的关键，主要利用了两个Target序列，分别求得了满足特定条件的初始状态，以及进入月球圆轨道时所需要的速度增量。初始状态所用的坐标是L2点旋转坐标系
屏幕剪辑的捕获时间: 2011/11/2 21:22 默认全引力模型的积分步长很大，所以需要自己重新定义，所以上图的Propagator是原来Heliocentric的一个Copy，主要是把原来的积分步长修改了。 这个积分器考虑了太阳系内主要大天体的引力影响，是一个真实力模型 仿真结果 收敛之后的结果：在地月旋转坐标系中，末端的轨道不是真正的圆，而是移动的圆，产生这种现象的原因是在地月旋转坐标系中，地月之间的距离是在变化的！
嫦娥一号卫星的地月转移变轨控制
空间控制技术与应用 Aerospace Con tro l and Applicati o n 第34卷 第1期2008年2月 嫦娥一号卫星的地月转移变轨控制 宗 红,王淑一,韩 冬,王大轶,李铁寿,张洪华,黄江川 (北京控制工程研究所,北京100080) 摘 要:文章阐述了嫦娥一号卫星地月转移阶段(从星箭分离到进入使命轨道)的高可靠、高精度自主变轨控制方案,介绍了飞行轨道、轨控策略及控制参数优化、星上自主变轨控制的系统设计和相关参数的地面标定等,给出了在轨飞行试验的验证结果。 关键词:嫦娥一号卫星;地月转移;轨道控制;自主变轨控制中图分类号:V446 1;V448.22 文献标识码:A 文章编号:1674 1579(2008)01 0044 07 O rbitM aneuver C on tro l duri ng C isl unar T ransfer Phase for CE 1Spacecraft Z ONG H ong ,WANG Shuy,i HAN Dong ,WANG Day ,i LI T ieshou ,Z HANG H onghua ,HUANG Ji a ngchuan (B eijing Instit u te of Control Engineering,B eijing 100080,China ) Abst ract :A high l y re liab le and accura te on board contro l syste m design sche m e is presented for the or b it m aneuvers o f CE 1spacecraft duri n g its cisl u nar transfer phase .F li g ht trajectories ,or b it transfer strateg i e s and para m eter opti m ization ,on board autono m ous m aneuver control procedures and para m eter cali b erations are addressed.Flight verification resu lts are g i v en as w e l.l K eyw ords :CE 1spacecraf;t cisl u nar transfer ;orbit contro;l autono m ous or b it m aneuver 收稿日期:2007 12 11 作者简介:宗红(1971-),女,北京人,高级工程师,主要从事飞行器制导导航控制的研究工作(e ma i :l zongh @bice .org .cn)。 1 引 言 嫦娥一号卫星于北京时间2007年10月24日 18时05分04秒由长征三号甲运载火箭从西昌卫星发射中心发射升空。经过一次远地点变轨和三次近地点变轨,嫦娥一号于10月31日进入地月转移轨道,并于11月5日准确按计划完成第一次近月制动,成为中国第一颗月球卫星。又经过两次变轨后,她终于到达离月面200k m 的通过月球两极上空的圆形工作轨道。 嫦娥一号卫星与月球轨道交会过程中地月转移变轨控制至关重要,特别是第三次近地点加速和第一次近月点制动两次关键变轨,其控制窗口具有唯一性和短暂性,必须保证按飞行计划及时、准确地完成各次变轨控制。为此,嫦娥一号卫星采用星 上自主定姿、自主姿态控制、自主开/关变轨发动 机、自主故障检测以及快速恢复轨控的自主变轨控制方案,由地面配合进行轨控参数优化及推力标定 和加速度计标定,并采取保证变轨精度的系统设 计,出色地完成了地月转移过程中的各项轨控任务。文中所指的地月转移阶段是指从星箭分离开始到进入使命轨道的整个过程。本文介绍了嫦娥一号卫星地月转移阶段的飞行轨道和变轨策略、轨道控制大系统、星上自动变轨控制的设计、变轨控制参数的计算和标定、保证变轨精度的其它措施以及飞行验证结果。 2 地月转移飞行轨道及控制要求 2.1 在地月系统中的标称飞行轨道 嫦娥一号卫星的地月转移阶段,包括调相轨道、地 44
载人登月地月转移轨道快速设计及特性分析_彭祺擘
载人登月地月转移轨道快速设计及特性分析 彭祺擘，沈红新，李海阳 （国防科技大学航天与材料工程学院，长沙410073） 摘 要 分析了载人登月轨道设计的约束条件，在此基础上建立了地月转移轨道设计模 型，给出了一种以地球出发轨道参数作为设计变量的轨道设计方法，结合月球星历得到了满足载人登月任务约束的轨道方案，并对载人登月任务地月转移轨道的工程特性进行了分析。此方法是一种无需轨道积分的纯代数计算方法，具有速度快、精度高的特点，其顺行求解的思路，可对载人登月轨道方案制定阶段的轨道特性做出有效分析。 关键词 载人登月；地月转移轨道；轨道设计；约束条件；轨道特性 中图分类号：V412.4文献标识码：A 文章编号：1674-5825（2012）03-0018-07 收稿日期：2011－05－30；修回日期：2011－06－20 作者简介：彭祺擘（1982-），男，博士研究生，研究方向为载人登月任务分析与设计。E-mail:poochie@https://www.wendangku.net/doc/f3960930.html, 1引言 地月转移轨道设计是载人登月工程实施的一项重要内容，在载人登月方案制定阶段，往往对具体轨道的设计并不关心，而是侧重于任务轨道的工程特性分析，从而为方案制定提供参考。 目前在地月转移轨道设计方面，国内外已做了大量研究。文献［1，2］给出了地月转移低能轨道设计方法，这类轨道往往并不适用于载人任务；而传统的考虑各种摄动因素的高精度模型[3]， 往往需要轨道积分，具有计算速度慢，结果单一的特点，主要用于具体任务的精确轨道设计；文献［4，5］引入了B 平面进行地月转移轨道设计，提高了计算速度，但并没有效给出转移轨道的特性及参数敏感度分析。文献［6，7］利用圆锥曲线拼接法进行轨道设计，不仅收敛速度快，而且可以有效的反应转移轨道特性，但其求解思路一般是将入口点参数作为设计变量，由于入口点参数的意义并不明确，因此对于约束条件较多的奔月轨道设计来说，要首先研究清楚满足约束条件的入口点分布情况，另外其所得到的轨道特性分析主要是针对入口点参数的，工程意义不太明确。 针对这些情况，本文仍利用圆锥曲线拼接法，给 出一种顺行求解的思路，即给定出发的相关条件（航天器出发时的轨道参数），然后利用解析法求解所能到达的月心轨道参数，这样可以避开对入口点参数的猜测，从而可以更有效的对奔月轨道的工程特性做出分析。 2问题描述及基本假设 登月飞船的奔月飞行可作如下描述：首先将飞船发射到地球停泊轨道，滑行一段时间后，发动机在停泊轨道上选择合适的出发点点火，将飞船送入地月转移轨道，当飞船到达近月点时，发动机制动，将飞船送入到环月轨道。奔月轨道设计实际上是求解满足轨道约束以及工程约束的地月转移关键控制参数，主要包括地球出发时刻t 和施加的速度增量Δv 1，环月制动速度增量Δv 2等。以月球影响球为边界，将边界以外的飞行称为地心段飞行，将边界以内的飞行称为月心段飞行。针对这两个飞行段，本文利用双二体模型进行轨道初步设计，从而对轨道特性做出分析。 首先给出双二体模型的基本假设[8]： （1）地心段轨道忽略月球引力影响，月心段轨道忽略地球引力影响，在影响球边界上，将两段圆锥曲 载人航天 Manned Spaceflight Vol.18No.3第18卷第3期2012年5月 18