月地转移轨道快速设计方法

月地转移轨道设计一般分为初步轨道设计和精确轨道设计.其中,初步轨道设计的准确性是确保后续精确轨道设计收敛的关键.提出了一种基于Lambert算法的月地转移轨道快速设计方法.以出月球影响球的时刻、位置和速度为中间变量,将轨道分为地心段和月心段分别进行计算.将探测器飞出月球影响球至指定再入点的地心段轨道简化为一个Lambert问题进行求解,提出了通过牛顿迭代法求解月地转移轨道Lambert问题的方法,避免了Lambert问题求解时大量的超几何函数和级数计算,提高了计算效率.在月心段轨道的快速计算中,提出了根据探测器出影响球速度矢量、月球停泊轨道倾角和近月点高度计算月心双曲线轨道根数的新方法.通过迭代计算,使得两段轨道在月球影响球处的位置和速度连续,从而获得一条完整的满足两端约束的双二体月地转移轨道.该方法计算速度快,精度相对较高.计算结果可以作为后续精确轨道设计的初值.      

嫦娥-1的奔月之路

中国已经发射过各种轨道的人造地球卫星,但是还没有发射过人造月球卫星.从地球到月球不但距离遥远,将近4×105km,而且月球自身还在围绕地球进行公转,平均运动速度为1.023km/s.因此,如何让嫦娥-1月球探测卫星与运动着的月球精确交会,并按绕月的工作轨道运行是非常困难的事情.在世界探月历史上,曾多次发生探测器距离月球很远飞过,与月球"失之交臂",也曾发生过探测器未能进入环月轨道而撞到月球表面上"粉身碎骨".由此可见,嫦娥-1飞行轨道的设计是整个工程中一项必须突破的关键技术.     

有限推力变轨的月球探测器发射轨道设计

月球探测器的发射是一个多体问题,也是严格的轨道交会问题。发射轨道方案从理论上有很多种形式,但在工程应用中,受到火箭能力、发射场和测控条件等多种因素制约,方案选择限制非常严格。利用现有火箭,采用有限推力从停泊轨道转移发射是最常用的一种发射方式。本文以某典型火箭为例,对采用有限推力变轨方案的奔月轨道设计流程、发射方案、轨道设计方法、精度分析、发射窗口设计进行了详细分析和研究。     

地月拉格朗日L2点中继星轨道分析与设计

地月L2点位于地月连线的延长线上,在地月L2点运行的卫星可以连续观测月球背面,解决月球背面与地球之间的通讯问题,在月球背面着陆探测任务中起着至关重要的作用。对从地球出发、利用月球引力辅助变轨、形成地月L2点的轨道进行了研究,分析了发射窗口、地月转移时间、近月点高度、近月点倾角、轨道振幅等多项因素对转移轨道和使命轨道特性的影响,寻求满足地月L2点中继任务需求的飞行轨道。通过分析研究,文章明确了转移和使命轨道的相关特性,可为中继星任务轨道的参数设计和优化提供有益参考。     

月球探测器推进系统展望

正推进系统作为月球探测器的关键分系统,为探测器在轨任务各阶段提供轨道机动的速度增量,为探测器姿态调整提供控制力矩,为月球软着陆时探测器悬停、避障和月球轨道交会对接提供所需的平移推力。推进系统能否正常、可靠地工作,对探测器任务的成败起到至关重要的作用。此外,推进系统性能的优劣决定了探测器     

长征三号乙托举“三姑娘”精确入轨

<正>2013年12月2日1时30分,长征三号乙运载火箭成功将嫦娥三号月球探测器发射升空,长征三号乙运载火箭飞行19分钟后,器箭分离,嫦娥三号顺利进入地月转移轨道,踏上赴月之旅。这是长征系列火箭的第186次发射,长征三号乙火箭的第25次发射。与发射嫦娥二号卫星火箭相比,此次发射的火箭进行了多项技术状态更改,突破了多项关键技术,进一步提高了可     

欧洲将发射第1个月球探测器

□□欧空局将于2003年8月22日发射欧洲第1个月球探测器SMART-1(SMART是英文Small Mission for Advanced Research in Techology的缩写,可译为“小型先进技术研究任务”)。SMART-1将使欧洲成为继苏联、美国和日本之后,世界上第4个独立发射月球探测器的国家或组织。该探测器用阿里安-5火箭从库鲁航天中心发射升空,进入一条椭圆轨道。然后它与阿里安-5分离,依靠自己的太阳电推进系统推动,极其缓慢地提高轨道高度,直至16个月以后,进入环绕月球的轨道,成为月球的卫星。 SMART是一项为未来开展长期、宏伟的科学任务创造条件的新技术试验…     

欧洲第一个月球飞行任务即将启程

2003年7月8日,欧洲航天局的月球探测器SMART-在完成了全部机械和电检测后成功地通过了飞行就绪评估。SMART-1于近日被送往位于法国圭亚那的库鲁航天中心。在航天器与阿里安5运载火箭安装在一起之前,要进行电检测和燃料加注。同时与SMART-1航天器一起升空的还有另外两颗卫星。SMART-1将运用电推进方式从地球静止转移轨道进入月球轨道。转移所需的时间大约为15至17个月。整个飞行过程可以分为4个阶段:(1)发射和早期     

太阳高纬探测器的借力飞行轨道设计

行星借力飞行技术可以节省深空探测任务的能量消耗.针对借助内行星引力向太阳高纬度发射探测器这一科学任务,分别以金星和地球为借力星体,运用圆锥曲线拼接法,通过求解兰伯特问题绘制能量等高线图,搜索多天体交会发射机会,设计探测器与借力体轨道周期之比为1∶ 1或2∶ 3的多次借力行星际轨道,获得相对黄道面成大倾角的目标轨道.分析表明,采用多天体交会借力相比单天体借力可大大降低发射能量;3次借用金星或者地球的引力可以使探测器轨道相对黄道面的倾角达到30°左右;3次地球借力轨道性能为最优,需要的地球发射能量更低,而且飞行器进入目标轨道之前的转移时间较短.      

月球极轨探测器轨道方案设计

首先介绍了一种当前技术较为先进的奔月转移轨道方案－定相环形轨移轨道，指出了其优缺点及可行的轨道修正方案，然后确定了对月观测型探测器轨道设计原则，并采用定相环形奔月转移轨道，从总体方案的角度给出了一个月球探测器轨道设计方案，提出了具体的设计与分析方法，最后以某月球探测器为例进行了计算，给出了设计结果。     

Contingency target assessment,trajectory design,and analysis for NASA’s NEA scout solar sail mission

The presented study examines contingency target selection and trajectory design for NASA’s Near-Earth Asteroid Scout mission under the assumption of a missed lunar gravity assist. Two previously considered asteroids are selected as potential targets for the given scenario based on favorable orbital characteristics for launch dates ranging from June 27, 2020 through July 26, 2020. Initially, a simplified circular restricted 3-body problem + ideal solar sail model is utilized to survey trajectory options for a month-long launch window. Selected solutions from this data set are then converged in an N-body ephemeris + non-ideal sail model. Results suggest that NEA Scout can still perform asteroid rendezvous mission under the missed lunar gravity assist scenario with new targets, 2019 GF1, 2018 PK21, and 2007 UN12, based on the target launch dates. Further target assessment is carried out for 165 days beyond the current June 27, 2020 launch date.     

The Japanese lunar mission SELENE: Science goals and present status

The Japanese lunar mission SELENE (SELenological and ENgineering Explorer) has been in development to target launch scheduled 2007 summer by H-IIA rocket. The SELENE is starting final integration test after SAR (System Acceptance Review), SRR (System Reliability Review) and instrument environment test. The SELENE is a remote-sensing mission orbiting 100 km altitude of the Moon for nominal one year and extended some months to collect the data for studying the origin and evolution of the Moon. Fourteen instruments and experiment systems are preparing for studies of the Moon, in the Moon, and from the Moon; global element and mineral compositions, topological structure, gravity field of whole moon, and electromagnetic and particle environment of the Moon. The new data center SOAC (SELENE Operation and data Analysis Center) are completed to construct in JAXA Sagamihara campus, and end-to-end test will be carried out between SOAC and data downlink stations.     

The ESA SMART-1 mission to the Moon with solar electric propulsion

SMART-1 is planned to be the first Small Mission for Advanced Research in Technology of the ESA Scientific Programme Horizons 2000 for a launch at the end of 2001. The mission is dedicated to the testing of new technologies for preparing future cornerstone missions, using Solar Electrical Propulsion in Deep Space. The mission operational lifetime includes a 6–17 months cruise until a lunar orbit (300–10000 km) with 6 month operations. The SMART-1 spacecraft will be launched either on Ariane 5 as auxiliary passenger or on Eurockot. The expected launch mass is 350 kg. This allows to bring a dedicated payload with spacecraft, instrument and electric propulsion diagnostics technologies, as well as giving an opportunity for new lunar geophysical and geochemical studies, and for cruise science on the way to the Moon.     

China's Lunar and Deep Space Exploration Program for the Next Decade (2020-2030)

China has carried out four unmanned missions to the Moon since it launched Chang'E-1, the first lunar orbiter in 2007. With the implementation of the Chang'E-5 mission this year, the three phases of the lunar exploration program, namely orbiting, landing and returning, have been completed. In the plan of follow-up unmanned lunar exploration missions, it is planned to establish an experimental lunar research station at the lunar south pole by 2030 through the implementation of several missions, laying a foundation for the establishment of practical lunar research station in the future. China successfully launched its first Mars probe on 23 July 2020, followed in future by an asteroid mission, second Mars mission, and a mission to explore Jupiter and its moons.      

探空火箭定时定点入轨的一种制导控制规律

针对特定探测天体,给出了特殊用途的探空火箭与其实现空间交会的时刻与地点的计算方法.根据特定天体的运行轨道,发射前算出标称交会飞行轨道,装订在箭载计算机内.火箭发射后,利用箭载惯性导航系统确定自身当前的位置与速度,比对标称飞行轨道参数得出飞行偏差,通过控制火箭推力偏斜调整飞行轨道,使探空火箭在交会时刻到达交会点,并在交会时刻相对与惯性空间的速度为0.定义了研究所用的各种坐标系,建立了火箭飞行动力学方程.研究了标称飞行轨道最优交会点选取,交会时间与发射时间计算等问题.给出了发射后动力飞行段的制导控制规律,核心思想是将控制信号分解为时间控制、当地水平面上的海拔高度控制、南北控制与东西控制,通过设置偏置量减小关机后轨道摄动因素引起的漂移.利用计算机数值仿真验证了这种制导控制规律的可行性.     

Autonomous navigation for lunar final approach based on gravity gradient measurements

Lunar final approach navigation is critical for pin-point lunar landing in future missions. This study investigates the use of lunar gravity gradient measurements for autonomous navigation of a lunar probe during the final approach phase. As the spacecraft approaches the Moon, the strength of gravity gradient signals improves. A spaceborne gravity gradiometer can precisely measure local gravity gradients, and the latest lunar gravity model GL1500E is used to provide reference values. The employed truncation degree and order of the gravity model are increased stepwise considering the decreasing altitude of the spacecraft in order to reach a compromise between computational costs and model accuracy. An iterative Kalman filter is developed for coupled orbit and attitude estimation using gravity gradient measurements and attitude quaternions obtained from star sensors. A simulated spacecraft with a gradiometer noise level of 0.01 E is considered. Simulation results show that the spacecraft’s position converges rapidly and achieves an accuracy of less than 100 m at the last epoch.     

月球粒子辐射环境探测现状

月球表面没有磁场的保护,粒子辐射是人类在月球活动的重要风险要素。概述了月球的辐射环境以及辐射来源,并介绍了月球探测的现状,特别提及了近年来几个较为典型的月球辐射探测实例及其探测结果;介绍了我国“嫦娥4号”上搭载的月表中子与辐射剂量探测仪（Lunar Lander Neutron&Dosimetry,LND）的科学目标及其技术指标。LND的科学目标主要包括：载人登月辐射剂量的测量、月球南极艾特肯盆地水含量的测量、艾特肯盆地FeO含量的测量,以及为日球层科学的研究提供依据。     

环月轨道交会的载人登月任务轨道与窗口规划

针对环月轨道(Low Lunar Orbit,LLO)共面交会支持的"人货分离"载人登月任务,提出了一种任务窗口与轨道一体化规划方法。分析了基于LLO共面交会的"人货分离"载人登月任务的基本流程和工程约束;针对任务各阶段窗口与轨道求解问题,提出了以动力下降时刻为迭代初值的窗口规划策略,并建立了高精度模型下的环月轨道、双二体模型下的人员和货物运输轨道规划模型。以载人月球探测中国科学家命名的环形山为假想背景,给出仿真实例,仿真结果验证了文章所提方法的正确性,为探月工程任务提供了一种有效的窗口与轨道设计工具。     

嫦娥五号探测器GNC系统设计

为实现我国首次月球样品无人采样返回任务，设计了嫦娥五号(Chang’E 5)探测器制导、导航与控制(GNC)系统.根据任务要求和探测器特点，GNC系统设计分为轨道器GNC子系统、返回器GNC子系统和着上组合体GNC子系统.给出了嫦娥五号探测器GNC系统的架构设计、工作模式以及在轨飞行结果.结果表明，GNC系统设计正确，成功完成了动力下降、起飞上升、交会对接、返回再入等关键动作，实现了月球表面起飞上升、月球轨道交会对接以及携带月壤以近第二宇宙速度二次再入返回的三项首次任务，各项功能性能满足任务要求.