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.     

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。     

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）.     

地月系平动点轨道动力学建模与控制策略研究

根据嫦娥四号探测器开展月球背面探测的中继通信需求,基于地月系平动点特性,建立考虑三体引力的高精度动力学模型,给出不同飞行阶段的轨道求解方法。在动力学模型和求解方法基础上,结合嫦娥四号"鹊桥"中继卫星的轨道设计,提出了最佳轨道方案和轨道控制策略。"鹊桥"卫星的飞行实践结果表明:动力学建模及轨道设计结果正确,满足中继任务需求,相关模型和方法可为未来平动点任务提供参考。     

月球探测再入返回试验后续飞行方案研究

对于中国月球探测再入返回飞行试验的剩余推进剂,研究并设计了后续飞行方案。首先,基于月球探测再入返回飞行试验任务结束后的轨道和卫星状况,分析了可行的探测目标,确定了以日地月空间和相应平动点作为探测目标的后续飞行方案。其次,针对后续飞行方案中的轨道设计与控制需求,研究了平动点轨道直接转移入轨方法和不同系统的平动点轨道转移方法。相对于目前常见的基于不变流形的平动点转移轨道设计方法,文章方法无需进行大量的流形计算,因而计算步骤简单,计算量大大降低,尤其便于实际飞行任务应用。最后,设计了后续飞行方案的飞行轨道和相应的控制方案,同时分析了控制操作的地面测控条件。研究结果表明,基于月球探测再入返回飞行试验任务的剩余推进剂,完全可以在日地月空间开展多项具有创新性和重要应用价值的飞行试验验证,为我国后续"夸父"和月球探测等深空探测任务积累宝贵的测控技术和经验,同时为后续深空探测的"多目标多任务"设计思路提供有益借鉴。     

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。     

利用太阳帆定点探测器在地一月系共线平动点附近的探讨

共线平动点附近的运动仅仅是条件稳定的,探测器的轨道需要经过控制才能维持在其附近.以地-月系11点和12点附近大振幅晕轨道的控制为例,探讨了太阳帆在定点这类探测器中的应用.首先,考虑了月球轨道的偏心率和太阳辐射的影响,给出了太阳帆对日定向的探测器轨道的低阶分析解,并在此基础上构造了在太阳系真实引力模型下一段时间内维持在共线平动点附近的拟周期轨道.然后,给出了两种利用太阳帆的控制方案,一是固定面质比而改变太阳帆法线的方向,另一是固定太阳帆对日定向而改变面质比,并对两种方案分别作了数值模拟.最后,文章探讨了测控误差及地、月影对轨道控制的影响.     

太阳帆航天器三维人工平动点变化特性研究

本文研究了太阳帆航天器在光压因子、锥角和钟角共同作用下的三维人工平动点的变化特性。在光压因子较小的时候，五个平动点会拓展成五个不相连的“人工”平动点面。随着光压因子增大，平动点面SL 3 ，SL 4 和SL5将逐渐扩大并互相融合，最终延展至SL 1 与之融合。而平动点面SL2则始终保持独立的球面，只随着光压因子的增大而扩大但不与其它平动点面发生融合。平动点位置的改变，意味着对应的周期轨道也随之改变，这为平动点周期轨道的转移等任务提供了有效参考。     

探测器定点在日-地＋月系三角平动点附近的轨道控制

日-地+月系统的三角平动点相对两个中心天体不变的几何构型使得它们可以作为某些特殊探测器的放置场所.尽管在圆型限制性三体问题下三角平动点附近的运动是稳定的.在探测器的实际运行过程中,由于其它天体的摄动,轨道控制仍是需要的.根据三角平动点的动力学特征对探测器定点在日-地+月系统的三角平动点附近的轨道保持问题作了相应的研究.