月球探测器轨道设计与地面观测弧

本文研究月球探测器轨道设计方法及与地面观测弧的关系。主要研究地月直接转移轨道和定相环形转移轨道。通过建立Ｂ平面用迭代方法得到满足要求的月球卫星轨道，并认为定相环形转移轨道的测控优于直接转移轨道。     

环月探测器短弧定轨精度的仿真结果分析

以我国正在实施的探月计划嫦娥一号月球探测器飞行测控需求为背景,利用数值仿真的方法,考虑现有USB卫星测控网和中国科学院VLBI射电天文观测网分布,在观测弧段受到限制的前提下,探讨了环月探测器测轨手段和测控弧段的选择及其相应的定轨精度。     

基于星历拟合的短弧运动学定轨

当导航卫星在姿轨控和轨道恢复期间,传统的统计定轨理论难以实现精密定轨。首次提出 了基于10参数星历拟合的短弧运动学定轨方法,建立和推导了相应的理论模型和定轨解算方 法。其优点在于不仅能够反映卫星运动的物理学特征,提高了速度和轨道预报精度,而且不 需要累积数据,实现近实时快速计算,克服了动力学法定轨发散和单点定位无法获得速度信 息的不足。对COMPASS M-01导航卫星实测数据的处理表明,10分钟短弧运动学定轨的位置精 度优于10 m,速度精度为2 cm／s,预报5分钟轨道精度为15.02 m,满足了短弧跟踪条件下R DSS对轨道精度的要求,实现了卫星精密定轨。
     

关于旋进椭圆的讨论

根据Bertrand定理关于轨道闭合的条件,我们知道当中心引力的形式为径向距离的幂次型函数时,并不总能导致闭合轨道,即运动的质点不一定能返回到它自己的轨迹上去。这个定理指出:一切运动质点其初始条件稍微偏离圆轨道的要求条件时,只有当引力满足平方反比律(即牛顿万有引力定律)或线性定律(即虎克定律)时,轨道才是闭合的。 本文试图采用分析力学中作用角变量的方法,对一般情形下的轨道闭合条件进行讨论。这里我们看到使初始轨道接近于圆轨道的假设是不必要的,而且力的类型可推广到包括平方反比和其它幂次型的力。我们证明了轨道闭合的判别公式,并得到在上述情形下轨道非闭合的结论。 最后,如果中心引力包括有r~(-2)项和r~(-3)项时,象相对论性改正后所得到的那样,轨道就不再是闭合的,而是一旋进椭圆形轨道,椭圆的旋进角速度可以容易地计算出来。     

月球卫星轨道摄动及冻结轨道研究

利用理论分析、数值仿真与相图分析,论述了月球卫星冻结轨道与地球卫星冻结轨道的区别,分析结果表明,月球重力场存在较大异常,会引起月球卫星轨道发生较大漂移。月球冻结轨道在田谐项影响下,还存在中等周期的漂移。仅简单考虑带谐项系数,无法求得完美的月球冻结系数。月球重力场异常对绕月卫星的影响与地球相比存在很大区别。月球轨道卫星的长期运行与控制策略的设计,不能按照地球轨道卫星的传统方法。目前使用的月球引力模型精度较差,尽管基于这些不可靠的引力模型,可以得出很多有用结论,但对未来高精度的月球探测任务来说,还存在不足,需要在将来的月球探测任务中,探测高精度的月球重力场,以利于未来月球探测航天系统的任务分析与设计。     

两行根数的精度评估

两行根数是北美防空司令部基于一般摄动理论产生的用于预报地球轨道飞行器位置和速度的一组轨道根数,用于近地卫星时所采用的数学模型是SPG4,它已被著名软件STK选为进行轨道推算的可选方法之一。文章对它的精度进行了评估,并认为它有很大的应用价值。     

关于非开普勒轨道的讨论

讨论了非开普勒轨道问题的形成、提出及其应用。首先引述了开普勒三大定律,说明了其作为天文观测结果的创造性概括能够描述行星的运动学原理;然后提出了非开普勒轨道问题,它是人造卫星可控性的必然结果。叙述了典型的非开普勒轨道问题,包括航天器在单心引力场中的运动（即二体问题）和多心引力场中的运动（即多体问题）,作为特例研究了螺旋变轨爬升轨道和悬挂轨道。最后提出了非开普勒轨道的应用,包括动能拦截问题,多星编队、组网与重构问题,系统整体组合优化机动问题等。     

卫星轨道摄动频谱分析

本文基于Ｌｉｅ级数的方法对卫星轨道摄动进行了频谱分析。这种摄动是由地球引力场的所有带谱调和项和田谐调和项引起的。为了适用小偏心率轨道，采用了Ｈｉｌｌ变量来描述卫星轨道，并在所获得的谱分析式中保留了所有与偏心率ｅ无关的项。在这个基础上又经过简单的变换给出了卫星位置摄动三分量的谱分析式。     

一种常值推力作用的轨道机动优化设计策略

针对常值推力作用的航天器轨道机动优化设计问题开展研究,推导了航天器三维空间轨道机动动力学模型,对动力学模型各参数进行无量纲化处理以防止计算过程中出现奇异。提出了一种先轨道等待再轨道机动的优化设计策略,航天器先在初始轨道上无动力飞行一段时间进行轨道等待,然后寻找一个最优时刻施加推力再进行轨道机动。该策略将航天器的最优等待时刻和轨道机动过程中的最优控制量作为整体统一进行优化。通过基于分段积分技术的多重直接打靶法将原先复杂的轨迹优化设计问题转化为每个子时间区间的非线性规划问题,采用内点法进行求解。仿真验证了本文优化设计策略的有效性。     

中低轨道卫星控制方法

针对中低轨道卫星，对平面内卫星半长轴α、偏心率e和近地点幅角w联合调整，以及平面外轨道倾角调整等进行了理论推导.用α，e，w联合修正法对初始轨道捕获、轨道保持和轨道倾角调整进行的仿真实验结果表明，用α，e，w同时修正可实现高精度的平面内轨道调整。另外，平面外倾角调整应尽可能在近地点和远地点完成，以使对升交点赤经的影响最小。     

一种高精度的卫星星历模型

针对近圆的近地卫星轨道,提供了一种高精度的计算卫星星历的数学模型。该模型利用10个固定参数来拟合轨道的长期和长周期变化部分,短周期变化部分利用已有的理论结果。充分利用近圆轨道的特点将田谐项引起的短周期变化部分进行同频合并后,最终的分析表达式相当简单。该模型还有相当大的灵活性,可以根据不同的精度要求进行相应的选择,其最大误差可控制在50m以下。     

伴随卫星轨道保持

文中利用伴随轨道方程推导出伴随卫星相对运动状态转移方程。基于这一状态转移方程，研究了双脉冲校正中的伴随运动状态的变化，并得出需要的脉冲控制量的解析式。利用遗传算法对脉冲控制量进行了优化设计，求得使总脉冲最小的最优变轨时间，脉冲控制量和轨迹。     

考虑地球扁率效应的两圆轨道之间的双共切最优转移

两圆轨道之间的双共切转移轨道是其近地点和远地点分别在这两个圆轨道上的椭圆轨道。本文用两次冲量法给出了沿双共切椭圆轨道实现从一圆轨道向另一圆轨道转移的最优方案，并考虑到地球扁率造成的轨道摄动。文中的所谓圆轨道指的是变轨时刻的密切轨道为圆形的轨道，是对近圆轨道的近似替找。     

近圆轨道控制的实用方法

由于各种误差的影响,实际的轨道控制过程并不是而且也没有必要按照精确的轨道动力学方程来执行。对于近圆轨道控制所用的动力学模型可以按圆轨道近似,从而得到一种非常简单的形式,基于这种简化的模型可以获得非常有用的分析解。     

共置卫星轨道及星间距确定

共置卫星的遥测遥控，离不开对其每一卫星的轨道及星间距的确定。本文通过地面站顺序测量确定和交替测量确定两种方法来完成三颗共置卫星的轨道参数及星间距的确定。     

天宇来风

中国 天宫一号完成2014年首次轨道维持 据中国航天网2月24日报道．天宫一号近日成功实施了2014年首次轨道维持。地面分别于2月18日和2月19日完成两次轨控．准确提升轨道高度。     

航天器异面气动力辅助变轨大气飞行段的最优轨迹

本文研究航天器利用气动力辅助变轨实现由远地轨道向近地轨道异面转移问题，就航天器利用大气飞行实现减速及轨道平面机动提出了一种考虑过程约束存在时的优化设计方法。通过方案设计将函数优化问题转换成参数优化问题，并利用美国航天飞机数据进行了模拟计算，得到满意结果。     

对地观测卫星太阳同步轨道的快速设计方法

对地观测卫星轨道具有全球目标覆盖和太阳同步两种特性，通过设计轨道周期和轨道倾角可以获得这些特性，为此，给出了一种能十分简便，快速地完成轨道初步设计的方法，为轨道精密复算和开展卫星姿态控制等分系统设计提供技术支持，此外还揭示了星载探测仪器在地面上产生的扫描带的分布排列规律，分析了轨道衰减和复升问题，最后给出一个算例。     

非地球同步轨道的潜力

美国福特航宇公司根据其与NASA刘易斯研究中心签订的NAS3-24891号合同,进行了一项研究。这项研究表明,在通信高峰时期,采用ACE轨道上的通信卫星有诸多好处。本文对此作了简要的介绍。     

基于对数螺旋线的非开普勒轨道设计

基于形状的方法为非开普勒轨道设计提供了一种全新的研究思路。在假定轨道形状为对数螺旋线的前提下设计了拦截轨道。首先通过无量纲化处理方法推导出了对数螺旋线轨道的地心距、极角随时间的变化率与轨道设计参数q的关系式;其次结合运动方程,得到了飞行器沿对数螺旋线轨道运行时需要施加的推力加速度;接着分别针对初始轨道是圆和椭圆的情况进行机动轨道设计。给出了轨道设计的仿真算例和相关分析,结果表明对数螺旋线适宜于拦截轨道设计;当初始轨道为大偏心率椭圆时,采用此方法设计轨道,在一定相角范围内开始机动,可使飞行器运行时间短,且燃料消耗少。