载人登月周期重访轨道保持策略设计.pdf

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1、第２２卷第４期载人航天Ｖｏｌ．２２Ｎｏ．４２０１６年８月ＭａｎｎｅｄＳｐａｃｅｆｌｉｇｈｔＡｕｇ．２０１６·探月技术专题·载人登月周期重访轨道保持策略设计１１１２贺波勇，李海阳，李飞，沈红新（１．国防科学技术大学航天科学与工程学院，长沙４１００７３；２．西安卫星测控中心，西安７１００４３）摘要：针对高精度星历动力学模型下载人登月周期重访轨道（也称地月循环轨道）发散问题，设计了一种轨道保持控制策略。提出一种高精度星历动力学模型下的循环轨道初值设计方法，分析了日月中心引力、地球Ｊ项等摄动力对轨道快速发散作用，设计了一种特殊点四脉冲２周期重访轨道保持策略。高精度动力学数值仿真实验表明，该种

2、轨道保持策略控制频率低、速度增量消耗小，控制精度能够满足任务需求，达到预期设计目标。关键词：载人登月；循环轨道；轨道保持控制；高精度动力学模型中图分类号：Ｖ４１２文献标识码：Ａ文章编号：１６７４⁃５８２５（２０１６）０４⁃０４１１⁃０６ＡＳｔｒａｔｅｇｙｆｏｒＭａｎｎｅｄＬｕｎａｒＨｉｇｈＰｒｅｃｉｓｉｏｎＣｙｃｌｅｒＯｒｂｉｔＳｔａｂｉｌｉｔｙＣｏｎｔｒｏｌ１１１２ＨＥＢｏｙｏｎｇ，ＬＩＨａｉｙａｎｇ，ＬＩＦｅｉ，ＳＨＥＮＨｏｎｇｘｉｎ（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＡｅｒｏｓｐａｃｅＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｔｉｏｎａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＤｅｆｅｎｓｅＴｅｃｈ

3、ｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１００７３，Ｃｈｉｎａ；２．Ｘｉ’ａｎＳａｔｅｌｌｉｔｅＣｏｎｔｒｏｌＣｅｎｔｅｒ，Ｘｉ’ａｎ７１００４３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎｏｒｂｉｔｋｅｅｐｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄｆｏｒｍａｎｎｅｄｌｕｎａｒｃｙｃｌｉｃａｌｒｅｖｉｓｉｔｏｒｂｉｔ（ａｌｓｏｋｎｏｗｎａｓｔｈｅｔｒａｎｓ⁃ｌｕｎａｒｃｙｃｌｅｒｏｒｂｉｔ）ｄｉｖｅｒｇｅｎｃｅｐｒｏｂｌｅｍ，ｏｎａｃｃｏｕｎｔｏｆｔｈｅｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎｅｐｈｅｍ⁃ｅｒｉｓｄｙｎａｍｉｃｓｍｏｄｅｌ．Ａｔｒａｎｓ⁃ｌｕｎａｒｃｙｃｌｅｒｏｒｂｉｔｉｎｉｔｉａ

4、ｌｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｗａｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｂａｓｅｄｏｎｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎｅｐｈｅｍｅｒｉｓｍｏｄｅｌ．Ｔｈｅｍａｉｎｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎｆｏｒｃｅａｎｄｉｔｓｅｆｆｅｃｔｏｎｔｈｅｆａｓｔｄｉｖｅｒｇｅｎｃｅｔｒａｊｅｃｔｏ⁃ｒｙｐｒｏｃｅｓｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｔｈｅｏｒｂｉｔｋｅｅｐｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎｄｙｎａｍ⁃ｉｃｓｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｓｔｒａｔｅｇｙｗａｓｏｆｌｏｗｃｏｎｔｒｏｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｎｄｌ

5、ｏｗｓｐｅｅｄｉｎｃｒｅｍｅｎｔ，ａｎｄｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌａｃｃｕｒａｃｙｃｏｕｌｄｍｅｅｔｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｔｈｅｔａｓｋ．Ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｇｏａｌｗａｓａｃｈｉｅｖｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍａｎｎｅｄｌｕｎａｒｌａｎｄｉｎｇ；ｃｙｃｌｅｒｏｒｂｉｔ；ｏｒｂｉｔｋｅｅｐｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌ；ｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎｄｙｎａｍｉｃｓｍｏｄｅｌ［４］［５］持的载人登月设想；２００７年，彭祺擘等研究１引言了基于近地空间站支持的载人登月方案；２００９［６］随着我国嫦娥工程的稳步推进与成功实年，李桢等研究了基于环月空间站支持的载人［１］［７］施，关于２０２０年后是否载人

6、登月成为热门话登月方案；２０１３年，杨雷等研究了基于月球周［２］题。基于地月循环轨道载人登月的设想最早期重返轨道（也称地月循环轨道）空间站支持的［３］［８］由Ａｐｏｌｌｏ１１航天员Ａｌｄｒｉｎ于１９８５年提出，后因载人登月初步方案；２０１４年，高启滨等详细探美苏航天竞赛结束而搁置。２０００年后，载人登月讨了基于地月Ｌ１点载人登月方案。上述载人登重新成为研究热点：２００４年，ＥＳＡ（ＥｕｒｏｐｅａｎＳｐａｃｅ月方案中除地月循环轨道方案外，均有高精度动Ａｇｅｎｃｙ）提出了基于地月拉格朗日Ｌ１点空间站支力学模型下飞行轨道设计相关研究工作。地月循收稿日期：２０１５⁃０８⁃１９；修回日期：２０

7、１６⁃０５⁃２３基金项目：国家自然科学基金（１１３７２３４５）；国家重点基础研究发展计划（２０１３ＣＢ７３３１００）作者简介：贺波勇（１９８９－），男，博士研究生，主要从事载人登月任务分析与轨道设计研究。Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｈｅｂｏｙｏｎｇ＠ｙｅａｈ．ｎｅｔ４１２载人航天第２２卷环轨道方案因双曲轨道和大椭圆轨道交会难题，表１不同周期比循环轨道远地点高度Ｔａｂｌｅ１Ｔｈｅｃｙｃｌｅｒｏｒｂｉｔａｌａｐｏｇｅｅｄｉｓｔａｎｃｅｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔ鲜有轨道研究工作