月球轨道交会任务的远程导引变轨策略研究

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1、第23卷第5期航天器工程v01．23No．52014年10月SPACECRAFTENGINEERING103月球轨道交会任务的远程导引变轨策略研究汪中生孟占峰高珊(北京空间飞行器总体设计部，北京100094)摘要对国内外月球轨道交会远程导引段变轨策略的2～5脉冲变轨方案进行了比较分析，在考虑月球轨道交会飞行任务测控资源有限和航天器所带燃料受限等特点的基础上，确定了我国月球轨道交会远程导引段的变轨策略为4脉冲方案；并介绍了在4脉冲基线轨道方案的基础上，进行标称轨道设计和月面上升窗口初步分析的结果。研究结果可为我国月球轨

2、道交会对接任务提供参考。关键词月球轨道；航天器；交会对接；变轨策略中图分类号：V476文献标志码：ADoI：10．3969／j．issn．1673—8748．2014．05．017StudyofOrbitManeuVerStrategyforLunarorbitRendezVo吣MissionWANGZhongshengMENGZhanfengGAOShan(BeijingInstituteofSpacecraftSystemEngineering，Beijing100094，China)Abst嗡ct：Thepap

3、ercomparesthe2～5impulseschemesofthephasingstrategyforlunarorbitrendezvousmissions．Basedontheconsiderationofthecharacteristicsoflunarorbitrendezvousmissionssuchas1imitedtrackingresourcesandfuelconsumptionconstraint，the4一impulseschemeisselectedasthephasingstrateg

4、y．Abriefreviewisgivenonthenominalorbitdesignandpreliminaryanalysisoflunarsurfaceascentwindow，basedonthediscussionofthe4一impulsescheme．ThisresearchcanserveasagoodreferenceforthefuturelunarorbitrendezvousmissionsofChina．K9ywords：lunarorbit；spacecraft；rendezvousan

5、ddocking；orbitmaneuverstrategy1引言航天器交会对接过程中，远程导引通常须完成调整二器相角差，调整轨道高度和偏心率，以及修正轨道面等变轨操作。若将交会对接视作一个两点边值问题[1]，理论上采用2个速度增量进行朗伯(Lambert)变轨即可完成远程导引任务。考虑到径向速度增量的效率较低，若只采用横向速度脉冲，进行轨道面内参数的调整(相角差、轨道高度和偏心率)，则至少需要3个横向速度脉冲来实现；修正轨道面可以采用1～2个法向速度脉冲独立实施，也可以和平面内横向速度脉冲的实施结合进行[1]。所以

6、，按照变轨脉冲的数目多少，可将交会对接任务远程导引段的变轨策略分为2脉冲方案、3脉冲方案、4脉冲方案和5脉冲乃至多于5脉冲的方案[1]。到目前为止，美国、俄罗斯、欧洲航天局和中国都已成功实现了近地轨道交会对接任务，美国还实现了载人月球轨道交会对接[2{]。这些成功交会飞行方案对采样返回的无人月球轨道交会对接远程导引变轨策略具有重要参考价值。美国的双子座号飞船和阿金纳号火箭上面级的交会对接是人类历史上收稿日期：2014一01—29；修回日期：2014一06—30作者简介：汪中生，男，博士，高级工程师，研究方向为航天动力

7、学与控制。Email：zhongshengwang@hotmail．com。航天器工程23卷第一次空间交会对接。在其远程导引变轨任务中，轨道面内外的调整分开进行，每次机动有具体的调整目标；轨道面内调整主要在远、近地点附近进行，称为特殊点变轨。美国航天飞机与“国际空间站”交会的远程导引段也采用了特殊点变轨。俄罗斯联盟号和进步号飞船的近地轨道交会对接任务的远程导引变轨主要包括5次变轨机动，其变轨冲量同时包含轨道面内外分量，多次变轨共同瞄准终端状态，每次变轨对终端均有综合修正效果，称为综合变轨或组合变轨[1’4]。我国神舟

8、号飞船和天宫一号目标飞行器的近地轨道交会对接，其远程导引段基本方案则采用了4脉冲特殊点变轨方案(加上一次可选的组合修正)[5]。另外，到目前为止，仅美国在“阿波罗”载人登月任务中成功实现了月球轨道快速交会对接[6]。美国“星座”计划的设计阶段，在继承“阿波罗”任务方案的基础上完成了月球轨道快速交会的初步设计，也是采用登月舱上升级从月面发射人轨后