约束条件下垂直着月窗口设计

用双二体模型和最新的星历表数据,给出了奔月过程中的光照、测控和轨道运动学等约束条件下月球探测器通过停泊轨道中转垂直着月的窗口,以及停泊轨道和地月转移轨道的运动学参数的确定方法,并进行了仿真计算。分析表明,该方法可快速计算探测器发射窗口,为精确轨道设计的搜索提供初始条件。     

考虑环月交会约束的地月转移轨道设计

面向载人登月任务需要,针对着陆器地月转移轨道及环月停泊轨道设计问题进行了研究。结合月面着陆点约束条件设计环月交会轨道,分析环月停泊轨道受月球高阶引力场摄动的影响,并得到轨道根数漂移量关于不同停泊时长、不同远月点高度等因素的变化情况。以上述结果作为地月转移段的约束条件优化设计星历模型下地月转移轨道,并结合轨道根数漂移规律设计环月停泊段轨道及后续机动,从而实现转移-停泊-交会一体化轨道优化设计。在此基础上遍历不同发射时刻,搜索地月转移轨道发射窗口。该方法能够实现长时间环月停泊的着陆器转移-停泊轨道设计且可以满足大范围窗口的搜索需求。仿真校验结果表明提出的方法能够在给定约束下有效求解星历模型下着陆器地月转移及停泊轨道,为载人登月任务的轨道设计提供参考。     

飞月轨道引力捕获设计方法研究

利用太阳引力摄动与月球绕飞设计的地月转移轨道（飞月轨道），与霍曼转移相比，虽然飞行时间较长（约三、四个月），但可显著节省速度增量（可达１５０米／秒），对无人月球探测器尤为适合。应用平面圆型限制性四体问题动力学模型，选择从月球出发的初始条件。借助“地心距－时间曲线”，从平面圆型限制性四体问题转换为一般的限制性四体问题。通过典型模拟计算，分析负向积分（从月球轨道出发）初始轨道参数及太阳方位对月球探测器     

月球探测器环月段返回速度影响因素研究

环月探测器存在需要返回地面的情况,由于环月探测器返回轨道动力学模型的高度非线性,很难从机理上对其进行分析。针对此问题,文章首先建立一种月地转移轨道设计模型,提出了月地转移出发圆的概念,分析并确定了出发圆参数的主要影响因素是返回时间和返回轨道倾角,而后分析了出发圆参数随主要影响因素的变化规律。当返回时间参数N给定时,出发圆具有一定稳定性,基于此分析了恶劣情况下的环月返回机动策略。最后定义Nr作为月球探测器的返回能力量化指标,并给出了不同Nr值对应的速度增量需求。     

不同月球借力约束下的地月Halo轨道转移轨道设计

针对地月系L2点不同任务需求下的低耗能转移轨道设计问题,基于不变流形理论与混合优化技术,深入研究了不同月球借力约束与不同幅值Halo轨道的入轨点（简称HOI点）对转移轨道飞行时间与燃料消耗的影响,给出了HOI点选择策略。首先结合任务要求并考虑月球引力影响,在月球借力点施加不同约束条件,通过微分修正算法调整Halo轨道的稳定流形,设计月球到Halo轨道的转移轨道。采用遗传算法与微分修正算法相结合的混合优化策略,在同时考虑地球停泊轨道高度、倾角、升交点赤经与航迹角等多约束条件下,对燃料最优的地月转移轨道进行研究。最后,分析月球借力高度、借力方位角和不同HOI点对平动点转移轨道飞行时间与燃耗变化量的影响,对于考虑月球借力的地月平动点转移轨道设计与应用具有重要的参考价值。     

直接再入大气的月球返回轨道设计研究

直接再入大气的月球返回轨道是月球采样返回任务普遍采用的飞行方案。文章将月-地转移轨道设计与再入大气仿真相结合,通过两级修正策略和落点匹配使月球返回轨道既满足再入界面约束又满足再入点地理位置约束。两条分别采用弹道式和弹道-升力式再入的月球返回轨道的计算结果表明,此方法是有效的。     

利用地月间空间站的载人登月飞行模式分析

为提高空间站利用率,降低载人登月任务成本,有效开发地月空间,研究了基于地月空间不同轨道空间站的载人登月飞行模式。首先对比直接往返登月飞行模式,对基于空间站的载人登月飞行模式进行任务分析,通过空间站将载人登月任务解耦为载人天地往返任务和登月任务两部分;其次通过轨道设计和稳定性分析提出考虑登月任务需求的地月间空间站可运行轨道和停泊点;最后建立一套飞行模式评价模型,从速度增量需求、飞行时间、空间环境、登月任务窗口、测控条件、交会对接技术难度、后续任务支持性和任务可靠性方面对6种不同位置空间站的登月飞行模式进行分析和定量评价。评价结果表明基于L2点Halo轨道空间站的载人登月飞行模式为更优飞行模式。     

月球探测器轨道设计新方法研究

利用太阳引力摄动与月球绕飞设计地月转移轨道,是月球探测器轨道设计的一种新方法。与霍曼转移相比,这种新型轨道飞行时间较长(约三、四个月),但显著节省速度增量(可达150m/s),对月球探测器工程具有诱人的实际应用价值。对应用引力捕获设计地月转移轨道新方法,本文比较全面地论述了研究目标、研究内容、研究方法与步骤,并从大量算例中给出若干典型轨迹予以辅证。     

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。     

发射极月卫星的转移轨道研究

极月轨道是轨道面垂直于月球赤道面的月球卫星轨道,这是新一轮的月球探测活动常用的轨道。本文对发射极月卫星的转移轨道进行了全局性的研究。转移轨道的近地点高度、近月点高度及从近地点到近月点的飞行转移时间都是预先选定的。本文采用全局迭代法找出所有满足条件的转移轨道,并对其特性进行了分析。迭代过程中所需的全局状态转移矩阵是基于矩阵微分方程和飞行器运动的微分方程一起用数值积分法求得的。     

Mission design and analysis of European astrophysics missions orbiting libration points

The main characteristics of the trajectory design of space observatory missions in the Earth–Sun libration point region is highlighted, based on experiences gained in work performed by the authors on ESA missions. Free transfers always lead to large-amplitude orbits around L₂, their properties (amplitudes, phases, non-linear behaviour) are related to the conditions at perigee. Launch scenarios with different degrees of freedom in the perigee geometry and different strategies of sharing the apogee raising between launcher and spacecraft propulsion for Soyuz (with circular parking orbit or direct injection) and Ariane 5 launches from French Guiana will be discussed. Besides the orbit selection and transfer analysis, an important aspect of libration missions is the maintenance of the operational orbit. For some missions it is required to maximise the time between maintenance manoeuvres, and for some the thrust authority is limited. In both cases the exponential nature of the state transition matrix has to be considered. If the equivalent velocity error in the unstable direction becomes too large, the orbit can become unrecoverable, leading to a departure from the environment of the Lagrange point within a few months.     

大型空间电站在轨展开与组装动力学与控制

针对大型空间电站在轨展开与组装过程中复杂的动力学环境,将桁架类大型空间电站视为一个刚柔多体系统,采用自然坐标法对刚性构件建模,基于绝对节点坐标方法描述柔性桁架结构,编写了一套动力学仿真软件,实现了大型空间电站在轨展开与组装动力学的精确仿真.仿真结果表明,采用摆线运动插值函数作为控制方程有利于提高多级展开过程的稳定性;在...     

Geostationary station keeping control of a space elevator during initial cable deployment

This paper presents a basic concept to derive an orbital control strategy to achieve the full deployment and the geostationary station keeping of a space elevator during its initial cable deployment. The space elevator model is composed of a main spacecraft, a sinker mass and a massive cable connecting them. The cable elasticity, flexibility and taper of the cross-sectional area are omitted for simplification. A reference trajectory is designed so that the space elevator and its center of mass ascend vertically along the geostationary position with keeping the geostationary orbital rate. From the reference trajectory analyses, an orbital control that leads the space elevator orbit to the reference one is derived. However it is found that the reference trajectory is unstable throughout the deployment and a linear feedback control is introduced for stabilization. It is also clarified that the libration destabilizes the orbital control because the orbital acceleration caused by the libration always acts in the opposite direction to the orbital control. Therefore, a libration control is also introduced to stabilize the coupled orbital and librational motions. Numerical simulation result clearly shows that these controls facilitate the full deployment and the geostationary station keeping of the space elevator within the feasible thrust force and amount of propellant.     

空间多目标拦截交会平台停泊轨道设计优化

针对空间多目标交会(拦截)平台停泊轨道设计问题,定义有效交会(拦截)区作为衡量平台交会(拦截)目标能力的指标,提出并建立了该类空间平台停泊轨道设计优化和分析模型,采用多岛遗传算法(MGA),以有效交会(拦截)区的最大化作为优化目标,以可交会(拦截)目标的数目和子飞行器轨道转移所需要的脉冲速度增量等为约束条件,对该类平台停泊轨道要素和子飞行器变轨时机进行综合设计优化。将上述模型和算法用于两空间平台设计中,一个是针对低轨2目标的交会平台,另一个是针对中轨3目标的拦截平台,得到合理的结果,表明所提出的设计优化模型以及选择的寻优算法是有效的。     

可展开式辐射器热控对航天器轨道调整的适应性分析

为提高航天器热控系统对轨道调整的适应能力,本文研究了与流体回路耦合的可展开式辐射器热控方案在不同轨道高度下的热控性能,分析了不同轨道高度时辐射器面临的热环境的影响,在不同轨道高度下比较了固定辐射器与可展开辐射器的热控特性.结果 表明,随着辐射器展开角度的变化,辐射器吸收的空间热流随之发生变化,从而对热控系统的散热能力带...     

高轨目标监视系统星座设计和探测效能分析

针对高轨目标编目与成像的应用需求,提出一种运行于亚同步轨道、兼具对同步带目标远距离探测编目和近距离成像侦察的高轨天基星座。根据同步带目标探测编目要求,推导和分析了星座的轨道部署和光学相机扫描方式对目标探测效能的影响,确定了顺行轨道的双星星座可行解更多,综合探测效能更高。设计了一种符合顺光观测约束的姿态导引律,结合可行解中选取一组解进行仿真,结果表明：在夏至和秋分两种工况下,采用顺行轨道的双星星座,可对轨道倾角不大于相机半视场的所有同步带目标进行无缝遍历,且每天的探测次数不小于4次,观测弧长不小于1分钟,与理论推导一致。     

地月空间NRHO与DRO在月球探测中的应用研究

针对地月系统三体问题低能往返轨道转移在月球探测中的应用研究，结合天体借力飞行技术与混合优化技术，系统分析了不同目标轨道与借力方位对任务飞行时间与燃料消耗等关键参数的影响，给出了往返轨道设计初值的选择策略。针对轨道设计初值猜想问题，首先采用遗传算法与二体Lambert转移快速确定轨迹拼接点初值。在同时考虑近月点与近地点多约束条件下，基于序列二次规划算法与多重打靶法进一步对燃料最优的地月往返轨道进行研究，并推导了约束方程解析梯度提高设计效率。最后分析近月点高度、不同目标轨道的转移时间与燃耗变化特性，对于考虑月球借力的地月空间轨道往返转移设计及参数选取具有重要的参考价值。     

Ensuring of long operation life of the orbiting station EVA space suit

Russia has gained a lot of experience in operating the space suits (SS) during the extravehicular activities (EVA) by the crews of SALYUT-6, SALYUT-7 and MIR orbiting stations. A total of 21 Orlan-type space suits of various models were operated onboard the orbiting stations (OS) during almost 20 years period. Some of these space suits served up to 3 years in orbit. The paper reviews special features of long SS operation (without return to the Earth) onboard an orbiting station as well as the problems associated with SS repeated use by several crews. An analysis of measures to support solving of the problems of SS long stay and reliable operation onboard the orbiting station is made: selection of a corresponding SS type and separate elements design; selection of the materials; routine and preventive maintenance; development tests. The advantages of the space suit of a semi-rigid type for solving the above problems are shown. The paper includes a short analysis of space suits' operation onboard the Russian orbiting station MIR, and some restuts of inspection of the Orlan-DMA space suit returned to the Earth from orbit by STS-79 alter long operation in orbit. Recommendations on further improvement of the space suits for EVA operations in the International Space Station (ISS) are given.     

带射频电缆的可展开天线阵在轨展开动力学

空间存在射频电缆穿越可展开部件工作区域的情形,这会对部件的展开特性造成较大的影响(特别是无源可展开机构),甚至会影响整个航天器任务。文章以某卫星带有半刚性射频电缆的无源可展开天线阵为例,提出了其动力学建模仿真流程,并建立在轨展开动力学模型;采用该模型开展了在轨展开动力学特性的仿真研究,同时与在轨实测数据进行了比对。结果表明,仿真数据与在轨实测数据基本一致,准确地评估了射频电缆对可展开天线阵在轨展开特性的影响,仿真评估方法有效。该建模仿真流程同样适用于卫星其他类型可展开部件的展开特性研究。