嫦娥一号月球探测卫星轨道设计 (1)

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1、Vol.16No.6航天器工程第16卷第6期16SPACECRAFTENGINEERING嫦娥一号月球探测卫星轨道设计杨维廉周文艳(北京空间飞行器总体设计部,北京100094)2007年11月摘要嫦娥一号卫星航天使命的主要科学目标是对月球及月地空间进行多种遥感探测,航天使命设计的主要和基本的部分是卫星飞行轨道的设计,其中包括在飞行过程中的轨道控制策略的设计。嫦娥一号的这条飞行轨道由三大部分组成:第一部分是绕地飞行的调相轨道,它们由周期为16h、24h、48h的三段轨道组成;第二部分是关键

2、的地月转移轨道;第三部分是200km高度绕月飞行的使命轨道。文章给出了整个飞行轨道的设计思想。关键词月球探测调相轨道地月转移轨道使命轨道轨道控制中图分类号:V47413文献标识码:A文章编号:1673-8748(2007)06-0016-09OrbitDesignforLunarExplorationSatelliteCE-1YANGWeilianZHOUWenyan(BeijingInstituteofSpacecraftSystemEngineering,Beijing100094,Chi

3、na)Abstract:CE-1isthefirstChineseprobetoexploretheMoon.Themainscientificobjectivesofthismissionareremotesensingofthemoonandthecislunarenvironmentinvestigations.Thepr-imaryandbasicpartofthemissiondesignistheorbitdesignofwholeflightprocess,includingtheorbitco

4、ntrolstrategy.Theflightconsistsofthreesegments.Thefirstisphasingorbitssegmentwhichincludesthreeorbitswithperiodsof16,24and48hours;Thesecondistranslunar-trajecto-rybeingkeypartoftheflight.Thelastsegmentisamissionorbitwhichiscircularonewithalt-itudeof200kmand

5、inclinationof90degreetolunarequator.Keywords:lunarexploration;phasingorbit;translunar-trajectory;missionorbit;orbitcontrol超GTO轨道,轨道周期为15181h。卫星与运载火1引言箭分离后先在这条轨道上运行两圈(在这期间将在第二个远地点作一次小的轨道机动,将近地点抬高我国第一颗月球资源探测卫星嫦娥一号的主要科学目标是:获取月球表面三维影像;分析月球表面有用元素及物质类型的含量和分布;探测

6、月壤厚度;探测地月空间环境。卫星的整个飞行过程分成三个轨道段,图1、2、3给出了它们的示意。卫星由长征三号甲运载火箭送入近地点高度200km,远地点高度51000km的到600km),在16h轨道上运行三圈后到达近地点时进行第一次大的轨道机动,将轨道周期变为24h。在这条轨道上运行一圈再次到达近地点时作第二次大的轨道机动,将周期增加到48h。卫星在这三条大椭圆轨道上共运行约五天,这一段轨道统称为/调相轨道0。卫星在调相轨道运行结束到达最后一个近地点时再作一次大的轨道机动,使卫星进入地月转移轨道。随后卫星将沿

7、着这条转移轨道飞向月收稿日期:2007-10-08;修回日期:2007-10-15作者简介:杨维廉(1941-),男,研究员,博士生导师,1964年毕业于北京大学数学力学系数学专业,1981年至1983年在美国斯坦福大学航空航天系以公派访问学者身份进修,现主要从事轨道力学研究和航天使命分析设计工作。第6期杨维廉等:嫦娥一号月球探测卫星轨道设计17球,飞行114h后到达近月点。为了使其变为绕月飞行的月球卫星,还需在近月点作三次减速机动,机动后的轨道周期相继是12h、315h和127min。图3Fig.3月

8、球捕获轨道段Lunarcaptureorbits2使命轨道的设计图1调相轨道段Fig.1Phasingorbits211标称轨道的设计嫦娥一号卫星的科学使命是对全月面进行探测,所以应选择极月轨道,即将轨道倾角选择为90b,使得探测器能通过月球的南北两极。为了使遥感图像的分辨率基本相同应采用圆形轨道。轨道的另一个重要参数是半长轴,对于圆轨道它对应于卫星距月面的平均高度。从遥感考虑,轨道越低分辨