环月远程快速交会任务规划.pdf

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1、第２２卷第４期载人航天Ｖｏｌ．２２Ｎｏ．４２０１６年８月ＭａｎｎｅｄＳｐａｃｅｆｌｉｇｈｔＡｕｇ．２０１６环月远程快速交会任务规划１１１２２３陈欢，张洪礼，韩潮，彭坤，马晓兵，胡雯婷（１．北京航空航天大学，北京１００１９１；２．中国空间技术研究院载人航天总体部，北京１０００９４；３．北京机电工程研究所，北京１０００７４）摘要：针对载人登月返回任务中月面上升舱与指挥服务舱的环月远程快速交会问题，以共椭圆快速交会策略为标称策略，并给出摄动模型下的修正方法。给出考虑总交会时间约束、机动时间间隔约束和燃料优化效率的燃料最优共

2、椭圆快速交会策略，以及考虑总速度增量约束、机动时间间隔约束和时间优化效率的时间最优共椭圆快速交会策略。通过算例仿真验证了共椭圆快速交会策略的可行性以及摄动模型下的交会精度，对共椭圆快速交会策略的总速度增量与交会时间的关系进行分析，并对比燃料最优和时间最优共椭圆快速交会对接策略，证明了优化策略的有效性。关键词：环月远程交会；快速交会；共椭圆交会；燃料最优；时间最优中图分类号：Ｖ４１２?４文献标识码：Ａ文章编号：１６７４⁃５８２５（２０１６）０４⁃０４１７⁃０６ＭｉｓｓｉｏｎＰｌａｎｎｉｎｇｏｆＦａｓｔＲｅｎｄｅｚｖｏｕ

3、ｓＳｔｒａｔｅｇｙａｒｏｕｎｄｔｈｅＭｏｏｎ１１１２２３ＣＨＥＮＨｕａｎ，ＺＨＡＮＧＨｏｎｇｌｉ，ＨＡＮＣｈａｏ，ＰＥＮＧＫｕｎ，ＭＡＸｉａｏｂｉｎｇ，ＨＵＷｅｎｔｉｎｇ（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，ＢｅｉｈａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１９１，Ｃｈｉｎａ；２．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭａｎｎｅｄＳｐａｃｅＳｙｓｔｅｍＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｉｎａＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｐａｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００９４，Ｃｈｉｎａ；３．ＢｅｉｊｉｎｇＥｌｅｃｔｒｏ⁃Ｍｅｃｈａ

4、ｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００７４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏ⁃ｅｌｌｉｐｓｅｆａｓｔｒｅｎｄｅｚｖｏｕｓｓｔｒａｔｅｇｙｗａｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄａｓｔｈｅｓｔａｎｄａｒｄｓｔｒａｔｅｇｙｆｏｒｔｈｅｒｅｍｏｔｅｒｅｎｄｅｚｖｏｕｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｌｕｎａｒｍｏｄｕｌｅａｎｄｔｈｅｃｏｍｍａｎｄａｎｄｓｅｒｖｉｃｅｍｏｄｕｌｅａｒｏｕｎｄｔｈｅｍｏｏｎｉｎａｍａｎｎｅｄｌａｎｄｉｎｇａｎｄｒｅｔｕｒｎｍｉｓｓｉｏｎ．Ｆｕｅｌ⁃ｏｐｔｉｍａｌｃｏ⁃ｅｌｌｉｐｓｅｆ

5、ａｓｔｒｅｎｄｅｚｖｏｕｓｓｔｒａｔｅｇｙｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓｏｆｔｏｔａｌｒｅｎｄｅｚｖｏｕｓｔｉｍｅ，ｍａｎｅｕｖｅｒｔｉｍｅｉｎｔｅｒｖａｌａｎｄｆｕｅｌ⁃ｏｐｔｉｍａｌｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ａｎｄｔｉｍｅ⁃ｏｐｔｉｍａｌｃｏ⁃ｅｌｌｉｐｓｅｆａｓｔｒｅｎｄｅｚｖｏｕｓｓｔｒａｔｅｇｙｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓｏｆｔｏｔａｌｖｅｌｏｃｉｔｙｉｎｃｒｅｍｅｎｔ，ｍａ⁃ｎｅｕｖｅｒｔｉｍｅｉｎｔｅｒｖａｌａｎｄｔｉｍｅ⁃ｏｐｔｉｍａｌｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｗｅｒ

6、ｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｓｅｖｅｒａｌｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｗｅｒｅｃｏｎｄｕｃｔｅｄｔｏｔｅｓｔｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙａｎｄｐｒｅｃｉｓｉｏｎｏｆｔｈｅｓｔａｎｄａｒｄ，ｆｕｅｌ⁃ｏｐｔｉｍａｌａｎｄｔｉｍｅ⁃ｏｐｔｉｍａｌｃｏ⁃ｅｌｌｉｐｓｅｒｅｎｄｅｚｖｏｕｓｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ．Ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｔｏｔａｌｖｅｌｏｃｉｔｙｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｎｄｔｈｅｒｅｎｄｅｚｖｏｕｓｔｉｍｅｗａｓａｌｓｏｃｏｎｄｕｃｔｅｄｔｏｃｏｎｆｉｒｍｔｈｅ

7、ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｅｍｏｔｅｒｅｎｄｅｚｖｏｕｓａｒｏｕｎｄｔｈｅｍｏｏｎ；ｆａｓｔｒｅｎｄｅｚｖｏｕｓ；ｃｏ⁃ｅｌｌｉｐｓｅｒｅｎｄｅｚｖｏｕｓ；ｆｕｅｌ⁃ｏｐｔｉ⁃ｍａｌ；ｔｉｍｅ⁃ｏｐｔｉｍａｌ整个登月任务得以成功的重要前提。１引言登月舱在月面探测任务完成返回环月轨道后登月工程中，航天器的轨道设计是一个非常需要与指挥服务舱进行一次月球轨道交会对接。重要的环节。与无人月球探测任务相比，载人登迄今为止只有美国阿波罗计划实现载人环月交会［１⁃２］［

8、３⁃４］月任务的轨道所受约束更为严格，除需满足任对接，早期的阿波罗飞船采用共椭圆快速交会务实施的基本要求外，还要对发生故障后任务的策略，通过恒定高度差机动完成调相，可以简化对应急返回能力做出考虑，因此合理的飞行轨道是各种参数的控制，使得飞行程序标准化；阿波罗收稿日期：２０１５⁃１１⁃１７；修回日期：２０１６⁃０６⁃１２基金项目：载人航天预先研究