基于非开普勒轨道的高超声速临近空间飞行器自主天文导航研究

针对航天器自主导航方法不适合高超声速临近空间飞行器的问题, 研究了基于非开普勒轨道的高超声速临近空间飞行器自主天文导航方案. 论述了基于非开普勒轨道的自主天文导航机理, 通过对高超声速临近空间飞行器受力分析, 建立了动力学方程; 利用矢量倒数法则推导出空间运动方程; 设计了基于非开普勒轨道的状态模型和基于星光折射间接敏感地平的观测模型, 采用卡尔曼滤波进行了仿真验证. 仿真结果表明, 基于非开普勒轨道的高超声速临近空间飞行器自主天文导航可达到较高的位置和速度精度.      

连续小推力非开普勒悬浮轨道研究综述

连续小推力非开普勒悬浮轨道在深空探测与地球极地观测任务中有着重要的应用前景.归纳了电推进、太阳帆推进等连续小推力技术的发展历程与现状;阐述了日心、行星悬浮轨道的动力学特性、稳定性、轨道保持策略;分析了三体问题下人工拉格朗日点的优势及其在深空探测方面的应用;讨论了悬浮轨道编队飞行的研究方法与控制策略.最后针对小推力悬浮轨...     

“开普勒”的使命

2009年美国东部时间3月6日22：50,美国成功发射了第一个专门探测太阳系外行星的空间望远镜—-“开普勒”（Kepler）,从而揭开人类探索地外生命的新篇章。人类为什么要探测太阳系外行星？怎样探测太阳系外类地行星？“开普勒”具有哪些技术特征？下面就这些问题加以介绍。     

从开普勒到“开普勒”

约翰内斯·开普勒破解了太阳系中行星的运动。现在以他名字命名的一个探测器则正在搜寻其他的行星系统。2009年3月6日,一枚联合发射同盟公司的德尔它Ⅱ型火箭从美国佛罗里达州的卡纳维拉尔角呼啸着直插夜空。它上面携带了一个不大不小的载荷,从技术上讲是一架1米的施密特望远镜和42个电荷耦合器件(CCD)——开普勒空间望远镜(下文简称"开普勒")。它将要探测的     

开普勒空间望远镜——一个被否决四次的项目

到现在,已经没有人怀疑开普勒空间望远镜的成就了。到2012年11月,开普勒空间望远镜开机三年半,完成了预定的目标,转而开始执行下一个四年的探索计划。开普勒小组宣布了新一批超过一千颗新发现的系外行星候选体,从而让疑似系外行星的候选体目标总数达到了2321颗。但是,这个项目在申请立     

多行星恒星系统

开普勒计划近期发现了太阳系外首批类地行星——开普勒20e和开普勒20f,它们以一颗类似于太阳的恒星为中心做轨道运转。这两颗行星处在所谓的"宜居带"上,因为距离恒星位置非常近,星球表面有液态水存在。开普勒20f是已知跟地球体形相似的最近的行星。但就目前所知,其20天的轨道周期和427℃的表面温度并不适合生命的存在。     

圆轨道串行卫星编队的相对运动研究

针对圆形轨道串行卫星编队进行研究,推导出满足开普勒轨道假设的相对运动方程,从物理概念上证明了这种描述关系的正确性;并在此基础上利用星间测量信息,设计扩展卡尔曼滤波器进行相对轨道自主确定,仿真结果验证了此相对运动方程与导航方案的有效性。     

卫星对空间目标悬停的轨道动力学与控制方法研究

首先,给出了卫星悬停的轨道动力学模型,然后提出了悬停轨道的一种"持续式"的开路轨道控制策略,即通过在一段时间对轨道实施连续有限推力控制,使得在这段时间内卫星运行在新的悬停轨道上,而非开普勒轨道。最后,以地球静止轨道卫星为目标星,研究了悬停轨道的实施途径,并进行了数学仿真。仿真结果表明,在一段时间内对空间目标实施轨道悬停是可行的。     

“开普勒”：寻找另一个地球

2009年3月6日,美国首颗用于搜寻类地行星的空间望远镜开普勒号在卡纳维拉尔角发射升空.至此,在地球之外寻找外星生命的天文学家将有新工具来实现他们的目标.耗资将近6亿美元的开普勒望远镜将在四年左右的时间内,在银河系的天鹅座与天琴座区域观测类似于太阳的大约10万颗恒星系统,以寻找类地行星和生命存在的迹象.     

国际电联关于地球静止轨道资源的决议

国际电联关于地球静止轨道资源的决议国际电信联盟（ＩＴＵ，简称国际电联）最近发表了题为《国际电联在空间通信方面的目前活动》的报告。现将其中与地球静止轨道、频谱资源分配有关的第一节（引言）、第六节（对决议１８的审查）和第七节（收取成本费）摘译如下，供参阅...     

椭圆轨道编队的构形变化控制方法

推导了椭圆轨道编队的一些典型构形模态,指出椭圆轨道卫星编队的模态不同于圆轨道的构形模态,是极为丰富的。基于T-H方程的解析解,推导了副星在沿航向常值推力作用下的椭圆轨道编队的构形变化控制方法。推导的构形变化控制方法,通过合理的选择控制量的作用时刻,可达到大量节约燃料的目的。最后,给出仿真算例。     

Configuration space and stability analysis of solar sail near-vertical earth-trailing orbits

Regions outside the reach of traditional propulsion systems or the ones that require significant propellant, may be reached by harnessing the solar radiation pressure and leveraging coupled dynamics to maneuver a sail-based spacecraft. Earth-trailing orbits have recently been investigated for getting a unique perspective of the Sun while maintaining the spacecraft in close proximity to Earth. Vertical orbits trailing the Earth exhibit the additional capability to view the Sun from above and below the ecliptic plane. In this work, families of sail-based orbits are explored for varying Earth-trailing angles and Z amplitudes in the Sun-Earth circular restricted three-body problem. Optimization is carried out to ensure that the non-traditional vertical orbits exhibit a constant pitch angle control history, as well as symmetry across the X-Y plane. The stability of the resulting orbit families is assessed using an extension of Flouquet theory to Differential Algebraic Equations. Results indicate that sail-based Earth-trailing vertical orbits can be more stable than traditional sub-L₁ sail-based vertical orbits.     

近圆轨道控制的分析方法

应用卫星绝大部分都是近圆轨道的卫星 ,其中又有很多是需要进行轨道控制的。在航天工程的实践中由于各种误差影响 ,实际的轨道控制过程并不是而且也没有必要基于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进行近似 ,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。为了从理论上证明这种简化的有效性 ,文中对动力学模型简化过程中所产生的各项误差进行了理论估计。     

小行星远距离抵近轨道

讨论了小行星引力一阶项可被忽略情况下的小行星远距离轨道设计及动力学。此时,航天器的运动受太阳引力和太阳光压的影响。航天器和小行星的加速度之差在这两者之间形成的独特的相对动力学,为航天器在小行星附近停驻与观测提供特定轨道。完整解决了小行星处于圆形日心轨道这一较简单情况,也考虑和阐述了椭圆轨道情况,并取得了一些初步结果。     

地月L2点周期轨道的月球背面覆盖分析

地月L2点附近轨道具备独特的动力学和运动学特性,是月球背面探测任务的中继卫星首选布设位置。面向未来月球背面探测任务的中继通信需求,分析并研究了地月L2点周期轨道(halo轨道)对月球背面的覆盖。在圆型限制性三体问题模型下,研究并给出了halo轨道族延拓计算方法,基于延拓法设计了地月系大范围南北halo轨道族;给出了中继卫星的月球背面覆盖计算模型,定义了相应的时间覆盖因子;数值仿真了地月系南北halo轨道族的月球背面覆盖情况。研究结果表明:地月L2点周期轨道幅值和类型决定其对月面的覆盖性,幅值较小的轨道的月面整体覆盖性较好,幅值较大的轨道对月球南北极覆盖较好,南北族轨道分别有利于月球南北半球的覆盖。文章研究可为我国"嫦娥4号"月球背面探测任务的中继星轨道设计提供有益参考和借鉴。     

载人月球极地探测定点返回轨道设计

针对载人月球极地探测任务,对定点返回轨道优化设计问题进行了研究。根据月球极地轨道的特性,介绍了三种返回轨道机动方案。结合三脉冲变轨方案,采用了从初步计算到精确计算的串行求解策略,对定点返回轨道进行优化设计。初步计算阶段,建立了基于近月点伪参数的三段二体拼接模型,将三脉冲机动段与月球逃逸段解耦,求解轨道初值;精确计算阶段,提出了两段拼接方法,分别进行逆向和正向高精度数值积分。经过仿真测试,验证了该策略求解的有效性和准确性。最后,通过大量的仿真计算,分析了定点返回轨道的特性。研究结论对未来载人月球极地探测定点返回轨道方案的设计具有重要的参考价值。     

基于混杂系统的空间飞行器悬停控制

基于空间飞行器的轨道动力学原理,利用混杂系统模型研究了悬停轨道问题,建立了悬停轨道的混杂系统模型;借此模型,针对目标星轨道为椭圆的情况,提出了等距离悬停轨道控制和椭圆悬停轨道控制两种方案,分别推导出在这两种方案下对悬停星所施加的控制力。数值仿真结果表明,分别对悬停星施加相应的控制力,能够实现对目标星的悬停。     

一种适用于平动点周期轨道初值计算的简化路径搜索修正法

在限制性三体问题中,路径搜索修正法是一种基于平动点周期轨道垂直穿越Poincare截面的几何对称性计算平面及空间平动点周期轨道近似初值的方法.采用路径搜索修正法的一种简化形式,在圆形限制性三体模型中,对地月系中几种典型的平面及空间周期轨道近似初值进行了计算.结果表明,该简化方法得到的周期轨道近似初值不唯一,由近似初值经微分修正得到的精确结果中通常同时存在Halo轨道和大幅值逆行轨道（DRO）.进一步分析表明,在某些临界初值下,精确结果中Halo轨道将消失,同时可能出现平面Lyapunov轨道及Vertical轨道.上述计算中,搜索初值与结果中轨道类型的对应关系值得进一步研究.      

平动点周期轨道间小推力转移的Gauss伪谱法

针对三体问题共线平动点附近周期轨道间的小推力转移问题,构造了一种新的形状函数,在此基础上提出了一种基于Gauss伪谱法的优化设计方法。首先,建立小推力轨道转移动力学模型,参考初始轨道和目标轨道的类型,构造一种新的形状函数以近似小推力转移轨道。为满足不同的约束要求,提出了振幅和相位按多项式变化的假设,推导了小推力转移轨道的近似解析解;然后利用Gauss伪谱法将小推力轨道转移的最优控制问题转化为非线性规划问题,并对推导的近似解析解进行解算和处理,为Gauss伪谱法求解非线性规划问题提供较为有效的控制变量的初始猜测值;最后以地月系统L1点附近Halo轨道间的小推力转移问题为例进行了仿真分析。仿真结果表明,小推力转移轨道近似解析解具备有效性和普适性,使得Gauss伪谱法的迭代效率提高55%以上,同时也表明Gauss伪谱法可有效解决平动点周期轨道间的小推力转移轨道优化设计问题。     

Resonant quasi-periodic near-rectilinear Halo orbits in the Elliptic-Circular Earth-Moon-Sun Problem

Motivated by the near-future re-exploration of the cislunar space, this paper investigates dynamical substitutes of the Earth-Moon’s resonant Near-Rectilinear Halo Orbits (NRHOs) under the Elliptic-Circular Restricted Four-Body Problem formulation of the Earth-Moon-Sun system. This model considers that the Earth and Moon move in elliptical orbits about each other and that a third body, the Sun, moves in a circular orbit about the Earth-Moon barycenter. By making use of this higher-fidelity dynamical model, we are able to incorporate the Sun’s influence and the Moon’s eccentricity, two of the most significant perturbations of the cislunar environment. As a result of these perturbations, resonant periodic NRHOs of the Earth-Moon Circular Restricted Three-Body Problem (CR3BP) are hereby replaced by two-dimensional quasi-periodic tori that better represent the dynamical evolution of satellites near the vicinity of the Moon. We present the steps and algorithms needed to compute these dynamical structures in the Elliptic-Circular model and subsequently assess their utility for spacecraft missions. We focus on the planned orbit for the NASA-led Lunar Gateway mission, a 9:2 synodic resonant L₂ southern NRHO, as well as on the 4:1 synodic and 4:1 sidereal resonances, due to the proximity to the nominal orbit and their advantageous dynamical properties. We verify that the dynamical equivalents of these orbits preserve key dynamical attributes such as eclipse avoidance and near-linear stability. Furthermore, we find that the higher dimensionality of quasi-periodic solutions offers interesting alternatives to mission designers in terms of phasing maneuvers and low-altitude scientific observations.