月面定点着陆变轨策略研究

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1、第26卷第2期航天器工程V01．26No．21111生!旦墨里垒曼兰竖墨垒兰!兰堕鱼!堕堡兰堡!塑鱼!!月面定点着陆变轨策略研究汪中生孟占峰高珊(北京空问飞行器总体设计部，北京100094)摘要在调研已有文献经验的基础上，考虑我国开展月球探测任务中实现月面定点着陆的设计约束的特殊性，对圈次调整、调相和轨道面调整等不同定点着陆变轨策略进行了比较分析，结果表明：月球探测任务中月面定点着陆的轨道设计需要考虑两个关键因素，即采用一个2对2的瞄准机动来达到理想的动力下降起始点高度和着陆点纬度，另外，还需要实施轨道平面调整机动来取得理想的着陆点经度，这个机动可以和近月制动或降轨变轨

2、结合起来实施。关键词月球探测；月面定点着陆；轨道设计；轨道平面调整机动中图分类号：V476文献标志码：ADoI：10．3969／j．issn．1673—8748．2017．02．005StudyoforbitalManeuVerStrategiesforPrecisionLunarLandingWANGZhongshengMENGZhanfengGAOShan(BeijingInstituteofSpacecraftSystemEngineering，Beijing100094，China)Abstract：Basedonareviewofpastexperiences

3、，thepapercomparesseveraldifferentstrategiessuchasadjustingdescentorbitrevolution，phasingmaneuverandorbitplaneadjustmentforachie—Vingprecision1unar1anding，inconsiderationofthespecialconstraintsofChina’s1unarmission．Itisdemonstratedinthispaperthattherearetwokeyelementsintheorbitdesignforap

4、recision1andingontheIⅥoon，namely，atwo—by—twotargetingmaneuverforachievingthedesiredperiselenealtitudeanddesiredlatitudeoftheselected1andingsite，andanorbitplaneadjustmentforachievingthedesiredlongitudeofthe1andingsite，whichcanbecombinedwithlunarorbitin—sertionordescentmaneuver．Keywords：lu

5、narmission；1unarprecisionlanding；orbitdesign；orbitplaneadjustment1引言“阿波罗”工程后期的飞行实践表明，探测器完全可以在月球表面预定位置准确降落，实现定点着陆[1]。本文面向我国未来月球探测任务工程应用，考虑包括测控条件要求在内的设计约束，讨论了月球探测任务中探测器在月球表面实现定点着陆所涉及的轨道问题。众多文献中已对在地外天体探测中实现定点着陆的轨道设计问题进行了研究，常用的变轨策略有圈次调整、调相轨道和轨道面调整等[2。]。文献[2]中在讨论不同地月转移轨道方案的基础上，考虑了调整地月转移时间、环月轨

6、道倾角、月面下降圈次和调相轨道等月面定点着陆方案。文献[3—4]的研究表明除了变轨策略设计，定点着陆动力下降过程中制导、导航与控制系统(GNC)精确调整纵向和横向航程的能力，也是成功实现地外天体定点着陆的关收稿日期：2016一08—10；修回日期：2016—12—29作者简介：汪中生，男，博士，高级工程师，研究方向为航天动力学与控制。Ema订：zhongshengwang@hotmail．com。30航天器工程键因素。文献[5—6]中重点对采用调相轨道和轨道面调整的定点着陆策略进行了初步比较分析。文献[7]中提出了在月球探测任务中在近月制动期间通过轨道面修正来调整着月点

7、的经度。在调研上述已有月面定点着陆研究的基础上，考虑我国开展月球采样返回任务中实现月面定点着陆的设计约束的特殊性，本文对不同定点着陆变轨策略进行比较分析，从而推荐适合我国未来月球采样返回任务中实现月面定点着陆的变轨策略。文中考虑了一个典型的月球探测任务的着陆过程，即探测器在近月制动后进入圆形环月轨道，运行数圈后实施变轨，进入近月点高度约15km的椭圆形轨道，又运行数圈后在近月点开始动力下降过程。在理论分析的基础上，采用了典型数值算例来阐释轨道设计的相关因素。2基本轨道几何和设计约束月球采样返回任务轨道全飞行过程包括运载发射、地月转移、近月