载人登月地月转移轨道方案综述.pdf

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1、第２２卷第６期载人航天Ｖｏｌ．２２Ｎｏ．６２０１６年１２月ＭａｎｎｅｄＳｐａｃｅｆｌｉｇｈｔＤｅｃ．２０１６载人登月地月转移轨道方案综述彭祺擘，张海联（载人航天总体研究论证中心，北京１０００９４）摘要：在总结国内外月球探测地月转移轨道研究进展与现状的基础上，从整体上研究了地月转移轨道的设计模型及设计约束，分析了不同类型地月转移轨道的特点及适用性。结合载人登月飞行任务特点，讨论了可满足载人登月任务约束的轨道类型及方案，并通过仿真计算和对比现有转移轨道研究结论，分析了不同类型轨道的飞行时间、能量消耗、月面可达区域等特性，提出了应用建议，可为载人登月任务地月转移轨道方

2、案深入研究提供参考。关键词：载人登月；地月转移轨道；设计约束；地月平动点；自由返回轨道中图分类号：Ｖ４１２?４文献标识码：Ａ文章编号：１６７４⁃５８２５（２０１６）０６⁃０６６３⁃１０ＲｅｖｉｅｗｏｆＬｕｎａｒＴｒａｎｓｆｅｒＴｒａｊｅｃｔｏｒｙＭｏｄｅｓｆｏｒＭａｎｎｅｄＬｕｎａｒＭｉｓｓｉｏｎＰＥＮＧＱｉｂｏ，ＺＨＡＮＧＨａｉｌｉａｎ（ＭａｎｎｅｄＳｐａｃｅＳｙｓｔｅｍＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００９４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｓｔａｔｕｓａｎｄｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｔｈｅｅａｒｔｈ⁃ｌｕｎａｒｔ

3、ｒａｎｓｆｅｒｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｉｎＣｈｉｎａａｎｄａｂｒｏａｄ，ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｍｏｄｅｌａｎｄｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓｏｆｔｈｅｅａｒｔｈ⁃ｌｕｎａｒｔｒａｎｓｆｅｒｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄａｎｄｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃａｎｄａｄａｐｔｉｏｎｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｙｐｅｓｏｆｔｒａｊｅｃｔｏｒｉｅｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ａｃｃｏｒｄ⁃ｉｎｇｔｏｔｈｅｆｅａｔｕｒｅｓｏｆｈｕｍａｎｌｕｎａｒｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎｍｉｓｓｉｏｎ，ｔｈｅｔｙｐｅｓｏｆｔｈｅｌｕｎａｒｔｒａｎｓｆｅｒｔｒａｊｅｃｔｏｒｙａｎ

4、ｄｔｈｅｄｅｓｉｇｎｓｃｈｅｍｅｓｗｅｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｗａｓｃｏｎｄｕｃｔｅｄｔｏｃｏｍｐａｒｅｔｈｅａｖａｉｌａｂｌｅｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｒｅ⁃ｓｅａｒｃｈｒｅｓｕｌｔｓ，ｔｈｅｎｔｈｅｆｌｉｇｈｔｄｕｒａｔｉｏｎ，ｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎａｎｄｌｕｎａｒｌａｎｄｉｎｇｄｅｓｔｉｎａｔｉｏｎｆｏｒｄｉｆｆｅｒ⁃ｅｎｔｔｙｐｅｓｏｆｔｒａｊｅｃｔｏｒｉｅｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓｏｎｈｕｍａｎｌｕｎａｒｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎｍｉｓｓｉｏｎ＇ｓｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｄｅｓｉｇｎｗｅｒｅｐｒ

5、ｏｐｏｓｅｄｗｈｉｃｈｍａｙｓｅｒｖｅａｓａｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅｆｕｒｔｈｅｒｓｔｕｄｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍａｎｎｅｄｌｕｎａｒｍｉｓｓｉｏｎ；ｅａｒｔｈ⁃ｌｕｎａｒｔｒａｎｓｆｅｒｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ；ｄｅｓｉｇｎｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ；ｅａｒｔｈ⁃ｌｕｎａｒｌｉ⁃ｂｒａｔｉｏｎｐｏｉｎｔ；ｆｒｅｅｒｅｔｕｒｎｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ行设计，并分析其相关特性。国外研究开始于上１引言世纪５０年代阿波罗任务前，经过半个多世纪的积［１］月球转移轨道具有距离远、时间长的特点，它累，形成了大量研究成果：例如，Ｐｅｎｚｏ、Ｄａｌ⁃［２］［３］的设计合理与否直接关系

6、着载人登月工程任务实ｌａｓ、Ｇｉｂｓｏｎ等基于圆锥曲线拼接模型研究了［４］施的代价乃至成败。因此分析地月转移轨道的类自由返回轨道的设计方法及轨道特性；Ｍｉｅｌｅ、［５］［６］型及其特性十分必要，可使我们了解地月转移轨Ｓｃｈｗａｎｉｇｅｒ、Ｊｅｓｉｃｋ等基于限制性三体模型，研［７］道的内在规律、某些关键参数的影响特点等，对载究了地月转移轨道的最优设计问题；Ｂａｏｙｉｎ等人登月工程方案的制定具有指导意义。研究了地月拉格朗日点附近和主要星体表面的转［８］目前有大量文献对地月转移轨道进行了研移轨道特性与其存在类型；Ｋｌｕｅｖｅｒ等对电推力究，大多是以某一特定任务为背景，

7、建立轨道设计情况下的地月转移轨道燃料优化问题进行了动力学模型，对满足一定设计约束条件的轨道进研究。收稿日期：２０１６⁃０５⁃３１；修回日期：２０１６⁃０９⁃１１作者简介：彭祺擘（１９８２－），男，博士，助理研究员，研究方向为载人登月总体任务分析与设计。Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｐｏｏｃｈｉｅ００３＠１６３．ｃｏｍ６６４载人航天第２２卷国内地月转移轨道研究始于２０世纪９０年代般要大于发射场纬度ϕ，如式（２）：Ｌａｕｎｃｈ［９］初。黄诚等研究了动力学与运动学约束条件ｉ≥ϕ（２）ＥＬａｕｎｃｈ［１０⁃１１］下的高精度轨道设计方法；郗晓宁等利用双考虑到轨道衰减问题及运载火箭能力限制

8、，二体模型，对不同类型的