月球大椭圆轨道卫星编队安全性与稳定性研究.pdf

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1、硕士学位论文月球大椭圆轨道卫星编队安全性与稳定性研究SAFETYANDSTABILITYANALYSISONFORMATIONOFLUNARSATELLITESWITHLARGEELLIPTICALORBIT张浩源哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：V448.2学校代码：10213国际图书分类号：629.78密级：公开工学硕士学位论文月球大椭圆轨道卫星编队安全性与稳定性研究硕士研究生：张浩源导师：张锦绣教授申请学位：工学硕士学科：航空宇航科学与技术所在单位：卫星技术研究所答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V44

2、8.2U.D.C:629.78DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSAFETYANDSTABILITYANALYSISONFORMATIONOFLUNARSATELLITESWITHLARGEELLIPTICALORBITCandidate：ZHANGHaoyuanSupervisor：Prof.ZHANGJinxiuAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：AerospaceScienceandTechnologyAffiliation：Resear

3、chCenterofSatelliteTech.DateofDefense：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要精确控制卫星编队成员卫星间的姿态并且保持编队轨道的稳定性，对地月和深空探测工程来说具有重要的科学意义和极高的实用价值。目前国内外编队研究主要集中于近地的椭圆轨道或是近圆轨道，对月球轨道研究较少，而对月球大椭圆轨道的研究更在相当程度上存在空白。由于月球质量不均匀，不能简单采用球模型模拟，如果忽略月球引力场高阶摄动项，只按照近地轨道运

4、动学模型进行编队控制，可能会造成成员卫星间碰撞等恶劣后果。因此有必要重新分析卫星编队分离安全性、各项误差对编队造成的影响，以及其他月球引力场的摄动项对卫星编队构型稳定性的影响。论文的主要研究内容如下：建立了包括月球非球形引力摄动、日地三体引力摄动、太阳光压摄动以及月球物理天平动所产生摄动的卫星编队运动模型，并对运行于大椭圆轨道上的该编队运动模型的误差进行了分析，找到该模型对不同误差的敏感度。提出了一种合适的安全性评价标准，评估了月球大椭圆轨道卫星编队不同分离方式的安全性，并找到了合适的分离策略。本文利用数值仿真，得到不同分离点施加不同分离脉冲后最易碰撞点的数据。在计算

5、出相应最易碰撞点的碰撞概率后，通过风险评估函数融合各仿真参数，评估出不同分离方式的安全性。最后根据所制定的安全性评价标准，提出了适合月球大椭圆轨道卫星编队的分离策略。分析了精细空间摄动下卫星编队的构型动态特性，进而制定了合理的编队构型设计流程，设计出满足长周期摄动条件下具有稳定性和被动安全性的编队构型。主要研究了月球环境下，大椭圆轨道上精细空间摄动对构型动态特性的影响，并通过分析所设计构型对不同精细空间摄动的响应程度，验证了该构型的性能。关键词：卫星编队；月球；大椭圆轨道；编队分离；安全性分析；构型设计-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractTheform

6、ationofsatellitescanaccuratelycontroltheattitudebetweenthesatellitesandmaintainthestabilityoftheformationorbit.Itisofgreatpracticalsignificancetotheexplorationproject.Atpresent,thedomesticandforeignformationresearchmainlyfocusesontheellipticalorbitsornear-circularorbitsinthenear-Earth.T

7、herearefewstudiesonthelunarorbit,andthereisstillaconsiderablegapintheresearchonthelunarsatellitesformationwithlargeellipticalorbitaswell.Duetotheunevenmassofthemoon,theballmodelcannotbesimplyapproximated.Ifthehigh-orderperturbationofthegravitationalfieldofthemoonisneglected,the