航天器交会轨迹分类研究慨述

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1、VoJ．18No．3载人航天第18卷第3期82012年5月航天器交会轨迹分类研究慨述朱仁璋一，王鸿芳，一，徐宇杰(1南京大学，南京210008；2中国空间技术研究院，北京100094；3北京航空航天大学，北京100083)摘要基于共椭圆轨道接近策略，航天器交会轨迹基本上可分为5类：共椭圆视线推力逼近；V—bar稳定轨道点逼近；双共椭圆轨道逼近；共椭圆加偏置点逼近；稳定轨道与共椭圆组合逼近。给出包括“双子座”、“阿波罗”、航天飞机、“联盟”号和“进步”号、“自动转移飞行器”(ATV)、“H．II转移飞行器”(HTV)、神舟八号，以及“猎户座”、“龙”、“天鹅座”

2、等追踪航天器的各种交会轨迹图，分析各类交会轨迹的特点，可供交会对接任务设计选择与应用。关键词交会轨迹；共椭圆轨道；航天器中图分类号：V412．4+1文献标识码：A文章编号：1674—5825(2o12)03-0008—10的发射任务，而“联盟”1航天员也英勇献身。1967年1引10月，“宇宙”186与“宇宙”188对接，这是前苏联／俄从人类航天史上第一次轨道交会至今，将近半罗斯两艘无人飞船之间的首次成功对接。1969年1个世纪的岁月过去了。美国与前苏联／俄罗斯早在2O月，载人飞船“联盟”4与“联盟”5完成对接，且两名世纪60年代就开始研发交会对接技术，这项技术

3、最航天员通过舱外行走，从“联盟”5转移进入“联盟”初是为载人登月使命服务的。1969年7月美国“阿波4，这是前苏联／俄罗斯首次实现载人航天空间交会罗”11号载人飞船成功登月后，交会对接技术主要用对接。于空间站的组建、乘员运输与货物补给，以及救生船半个世纪以来，进行交会对接／停靠飞行或飞行的停靠。未来的空间活动(如建立月球基地、载人小试验空间规划(或项目)的追踪航天器主要有下列行星往返飞行以及载人登火星等)，对交会对接的自12项：美国的“双子座”飞船，“阿波罗”飞船，航天飞主性、自动化、可靠性与安全性(包括星际航行的空机，以及“实验卫星系统一11”(Experi

4、mentalSatellite间救援)提出了更高的要求。System一11，XSS．11)，“自主交会技术验证”(Demon．1965年12月，美国“双子座”6号与7号飞船成strationofAutonomousRendezvousTechnology，DART)功进行了轨道交会飞行，两艘载人飞船在绕地球长系统，“轨道快车验证系统”(OrbitalExpressDemon—达3圈的飞行期间，保持30cm～90m的距离。1966年strationSystem，OEDS)；前苏联／俄罗斯的“联盟”号3月，“双子座”8号载人飞船与“阿金纳”火箭末级首载人飞船与“进

5、步”号货运飞船；欧洲航天局的“自动次实现了太空交会对接。前苏联／俄罗斯最早在1967转移飞行器”(AutomatedTransferVehicle，ATV)；日年4月曾尝试“联盟”1与“联盟”2载人飞船的交会本的“工程试验卫星一7”(EngineeringTestSatellite对接，但因“联盟”1飞行故障，不得不取消“联盟”2VII，ETS—VII)与“H—II转移飞行器”(H—IITransfer收稿日期：2011—11-18；修回Et期：2012—02—23基金项目：国家自然利学基金(11078001)作者简介：朱仁璋(1941一)，男，博士，教授，主

6、要从事航天器交会对接技术研究工作。E-mail：renzhang．zhu@tom．com第3期朱仁璋等：航天器交会轨迹分类研究概述9Vehicle，HTV)；中国的神舟八号飞船。此外，美国正在研制“猎户座”空间运输系统，以及“龙”与“天鹅座”商业运输器，计划参与国际空间站(ISS)的运输与服务任务；这里还要提到或许将来可能应用的“黑天空”运输航天器。2交会轨迹分类[1-7]对航天器交会逼近飞行可以应用惯性系，描述图2共椭圆轨道几何目标航天器与追踪航天器的轨道运动(绝对运动)。航天器相对导航确立后，可在共椭圆轨道上选择一然而，更常用的是在“当地垂线／当地水平”(

7、Local—点，作为向终段转移的起始点，该终段也称为邻近运VerticalLocal—Horizontal，LVLH)坐标系中描述追踪作与对接段。终段起始(TerminalPhaseInitiation，航天器相对目标航天器的运动，即相对运动。LVLHTPI)机动通常采用冲量型推力【Ⅻ。系(图1)的坐标原点位于目标航天器质心，平面基于共椭圆轨道的交会逼近主要有以下5种方为目标航天器轨道面，轴(R．bar)指向地球中心，案【I-7]：①共椭圆视线推力逼近，即追踪航天器从共椭轴(V．bar)指向目标航天器轨道运动方向，Y轴圆轨道出发，应用沿视线(追踪航天器指向目标

8、航天(H—bar)垂直于轨道面(沿负法