基于双二体假设的载人登月自由返回轨道特性分析及设计

载人登月轨道设计是载人登月任务的基础。首先分析自由返回轨道在载人登月轨道设计中的基础性作用;然后,给出双二体假设下自由返回轨道的计算模型;在此基础上,对自由返回轨道的飞行时间、轨道倾角、近月距和轨道拼接点分布等参数进行特性分析。最后,给出基于双二体假设的轨道初步设计流程和设计实例,仿真结果验证了本文提出方法的有效性。     

非线性条件下编队卫星周期性相对运动条件

利用编队卫星机械能守恒原理，提出了非线性条件下求解编队卫星周期性相对运动条件的新方法，给出了非线性周期相对运动的初始条件。编队卫星相对距离较近时，利用非线性周期运动条件，可修正Hill方程的初始条件，抑制编队卫星的长期漂移。编队卫星相对距离较大，非线性因素不可忽略时，利用非线性周期运动条件，可找到不需消耗任何燃料的周期性相对运动轨道。最后的数值仿真结果验证了该方法的正确性。     

基于J2项摄动的MMS任务编队优化设计

Magnetospheric MultiScale(MMS)任务利用椭圆轨道远地点附近的正四面体航天器编队,协同完成对地球磁层结构和动力学特性的测量和分析.采用基于轨道根数的相对运动模型,分析了主航天器轨道根数对J2项影响下四面体平均性能指标--质量因子均值和平均边长均值的影响规律,并由此提出一种编队轨道优化设计方案,将其应用于第1阶段MMS任务的四面体构形设计中.该方案的设计变量包括主航天器的6个轨道根数和3个从航天器的15个相对轨道根数(除相对半长轴外),目标函数既考虑到四面体编队的平均性能,又兼顾了3个从航天器相对运动的受摄影响.仿真算例显示,在不施加主动控制的条件下,利用该方案设计远地点附近平均性能保持最优的四面体编队是可行的.     

定常基线卫星编队构形设计

采用动力学法研究了卫星编队的相对运动特性,根据星间相对基线的定义,仔细推导了星间相对基线与卫星编队构形参数之间的关系,并根据此关系定义了一种可以较好地反映星间相对基线运动稳定性的指标,即稳定度．在一个轨道周期内,分析了三种特殊卫星编队的最大水平基线和最大垂直基线在相同稳定度下的稳定时间．结果表明,这三种编队构形不能满足水平基线和垂直基线同时定常的要求．由此出发,重点研究了可以使星间相对基线定常的条件,并得出了相应的结论．水平基线定常的充要条件为三个约束关系式,垂直基线定常的充要条件为两个约束关系式．由此条件同时可知,两星编队无法满足水平基线和垂直基线同时定常的要求,因此,至少需要三星编队才可以达到此要求．最后,按照本文所得结论,设计了一个水平基线和垂直基线同时定常的三星编队．利用成熟软件对设计结果进行了分析,分析结果表明了本设计方法的正确性．     

载人航天器的发射窗口及太阳能帆板的最佳受晒

首先根据载人航天器轨道运行段的基本特征，利用球面三角公式推导了：①阳光方向与载人航天器太阳能帆板法向的最佳夹角公式；②圆轨道的受晒因子公式。然后根据理论分析，引入帆板的效率系数。最后借助于计算机代数ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａ系统，建立了一种分析帆板最佳受晒的直观、清晰、简便的方法。所得的结论为确定载人航天器的发射窗口提供了依据。     

载人登月返回轨道发射窗口分析与设计

将航天员安全送回地球是载人登月无论成功与否都必须执行的任务。本文建立了从环月轨道出发,以月地转移轨道为设计目标,满足轨道、光照、测控和地球再入等约束的发射窗口的计算模型;提出了从着月点窗口起算、逐步反推的发射窗口选择算法。最后,给出包括低纬/高纬、陆地/海洋四个回收场的月地转移轨道仿真算例。研究结果表明,在我国境内(包括近海)可以实现载人登月的陆地或海洋、低纬或高纬的回收。     

对空间多目标多次接近的轨道设计

基于单航天器对空间多目标单次接近轨道设计的研究结果,讨论了单航天器对空间多目标多次接近的轨道设计问题.提出了接近指标用于设计能多次接近多个空间目标的航天器轨道;以二体接近轨道为基础,给出了接近轨道解空间的求取方法;利用三种轨道调整方法构造了三种复杂度不同的新解并产生算子,分析了它们的解空间和最优解分布,采用改进的模拟退火算法求解出最优接近轨道.仿真实验验证了轨道设计算法的正确性.     

导航卫星广播星历误差特性频域分析及预报模型

广播星历误差是影响卫星导航用户定位精度的重要因素之一。文章以GPS为例,应用误差频谱分析方法对GPS广播星历在频域内的误差特性进行分析,利用频谱分析模型及其与AR的混合模型对星历误差进行预报。分析结果表明,GPS广播星历具有明显的周期变化;频谱分析模型可以发现星历误差的主要周期变化,但预报精度不高;频谱分析和AR混合模型预报精度较高,经过误差补偿后,广播星历精度在0.5m以内(1σ)。     

基于STK的月球探测任务分析、设计与验证方法

为了减少月球探测任务设计阶段的开发成本、提高研究效率,提出利用成熟软件卫星工具包(Satellite tool kit,STK)进行分析、设计及验证的一般途径。首先,讨论基于微分改正的月球探测器轨道设计方法。然后,分析利用STK验证圆锥曲线拼接法设计结果的问题及注意事项。最后,针对STK中月面点、月球车运动设置不灵活等问题,利用外部文件导入方式进行分析、验证;在此基础上,给出月面点光照和测控条件分析方法。仿真结果表明,所提出的方法可以有效实现STK对月球探测任务的分析、设计及验证。     

软着月任务窗口与轨道设计方法研究

建立了一套应用于多约束条件下软着月任务的窗口计算以及轨道设计方法.针对经历发射段、地月转移段、绕月段及动力下降段的月球探测器,综合考虑各个特征点的位置、光照、测控等约束,结合轨道特性,采用着月点→近月点→入轨点→发射点倒推的方式,快速确定探测器的发射窗口.在其中选择发射时刻后即可计算转移轨道的轨道根数初值,并搜索计算精确轨道.该方法时于我国月球探测后期工程的发射窗口计算与轨道设计工作有较重要的参考价值.