月地转移中途轨道修正分析

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1、第18卷第5期载人航天Vo1．18No．52012年9月51月地转移中途轨道修正分析尹军用，汪备(上海宇航系统工程研究所，上海201108)摘要对“阿波罗”载人登月月地转移中途轨道修正进行了调研，并对月地转移中途轨道修正模型进行建模，并设计微分修正法进行求解。系统分析了月地转移初始轨道偏差对再入点偏差的影响，通过计算，给出修正初始偏差量所需要的速度增量大小。对于月地转移两次中途轨道修正的时刻，通过仿真分析给出了合理建议。关键词月地转移；中途轨道修正；载人登月；误差中图分类号：V476．3文献标识码：A文章编号

2、：1674—5825(2012)05—0051—078号等)都进行了至少一次月地转移中途轨道修正。1引言在人类载人登月的历史中，仅有6次成功的载2007年10月24日，中国第一颗月球探测卫星人登月经验，即“阿波罗”(Apollo)11号～Apollo17号“嫦娥一号”成功发射。嫦娥一号卫星的转移轨道(不(Apollo一13号除外)，Apollo载人飞船在进行月地转包括调相轨道)飞行时间是114h，为了克服探测器飞移时，至少进行1次中途轨道修正，见表1。向月球过程中轨道位置和速度误差的逐渐发散，嫦表1显示，Ap

3、ollo载人登月月地转移中途轨道娥一号设计了三次中途轨道修正：第一次修正在第修正一般分两次，第一次一般在月地加速后15h左17h进行，最后一次在第90h进行，还有一次作为备右，第二次中途轨道修正在到达再入点前3h左右。选，安排在第41h。实际上，嫦娥一号卫星飞行十分理载人登月轨道和无人登月轨道的区别主要有想，只是在第41h作了唯一的一次中途轨道修正，修两点：正量4．8m／s。其一是载人登月轨道转移时间一般较短，目的月地转移和地月转移动力学方程类似，月地转是减少乘员和系统对能源的消耗。Apollo载人登月移的轨

4、道特性和地月转移的轨道特性存在对称性。系列中，任务时间最长的为Apollol7号，约302h，最因此，月地转移轨道同样存在中途轨道修正的问题，短的是Apollol1号，约195h。Apollo载人登月飞船地如果月地转移的人轨偏差超过允许值，却不进行中月转移时间在69h～81h之间，月地转移时间在59h～途轨道修正，则难以保证返回器(舱)的落点精度，甚72h之间。而无人登月任务因为对载人及附加系统的至不能返回地球。能源的消耗要求稍低，一般时间较长。不管是载人登月还是无人探月，月地转移中途其二是载人登月的轨道安全

5、性设计要求较高。轨道修正都不可或缺。据目前了解到的资料，只有前Apollo载人登月飞船在火箭发射过程、地月转移过苏联的Luna一16月球采样返回没有进行中途轨道修程(见图1)、着月过程都考虑了安全返回轨道的设正(主要因为Luna一16返回地球的精度要求较低)，计(见图2)。NASA给“阿波罗”登月飞船设计了很高其余月球返回探测器(Luna一20、Luna一24、探测器5～的安全标准：从火箭起飞开始，航天员完成登月任务收稿日期：2011-09—30；修回日期：2012"01—05作者简介：尹军用(1982一)，

6、男，硕士，工程师，主要从事空间飞行器动力学与控制研究工作。E-mail：yjy04@163．corn52载人航天第18卷表1Apollo登月飞船月地转移统计项目Apollol1Apollol2Apollol4Apollol5Apollol6Apollo17月地转移开始时~lj(GET*)135：23：42．28172：27：16．81148：36：02．30223：48：45．84200：21：33．07234：02：09．18月地转移第一次中途修正时刻(GET)150：29：57．4188：27：15．81

7、65：34：56．69214：35：02．8第一次中途修正大4Xft／s)4．82．00．53．4月地转移第二次中途修正时刻(GET)241：21：59．7291：56：49．91262：37：20．7298：38：01第二次中途修正大dXft／s)2．45．61．42．1GET：GroundElapsedTime：lft=0．3048m；控制误差、导航误差等因素的影响，Apollo飞船入轨后会与预先设计的轨道有一定偏差，且到达月球(或返回地球)的轨道参数也与期望值不同，必须在中途进行轨道修正以满足到达月球(

8、或返回地球)的轨道约束。修正轨道入轨偏差的修正量和人轨偏差有关系。另外一类修正的目的是改变目标轨道。Apollo载人登月轨道的安全性轨道设计要求比较高，一般发射轨道采用自由返回轨道，但是自由返回轨道有一定的局限性，即着月点限定在月球赤道附近，无法图1“阿波罗”地月转移过程的中止轨道到达月球高纬度地区，因此，实际Apollo地月转移轨道常采用混合轨道(见图3)，即载人飞船一开始按照自由返回轨道发射并进