月球探测器低能量返回轨道问题研究

发布时间：2017-11-30 19:44

  本文关键词：月球探测器低能量返回轨道问题研究

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【摘要】：基于中国嫦娥探月工程的背景,考虑到基于二体问题的传统月地转移轨道发射成本高,有效载荷较小等问题。论文研究了借助太阳引力由月球返回地球的低能轨道的设计策略。论文首先基于圆形限制性三体问题设计月地返回标称轨道,在此基础上在四体模型下研究更加精确,具有实际工程应用价值的月地低能返回轨道策略。为在不影响精度情况下快速简便的分析月地低能返回轨道特性,研究首先将日、地、月、航天器四体系统分拆为日、地、航天器和地、月、航天器两个三体系统,并选择共线平动点Halo轨道上的不变流形作为轨道转移通道。在此基础上分析了一种改进Richardson结果的Halo轨道三阶近似解析解,求取了日地系和地月系下Halo轨道衍生的各支稳定流形和不稳定流形,并详细的分析了Halo轨道与不变流形的关系,给出了一种快速计算不变流形的算法。其后,在三体问题下研究了借助太阳引力的月地返回轨道逃逸通道的唯一性;指出了对于从月球驻泊轨道出发,返回地球的近地轨道的月地转移策略,其对应的LL2点Halo轨道振幅和EL1、EL2点Halo轨道振幅的范围。研究了地月相位与流形在Poincaré截面相交关系,限定了设计月地低能返回轨道的月地相位的范围。在此基础上,提出了构建基于不变流形而能够穿越平动点周期轨道面的穿越轨道的思路,设计了基于穿越轨道的月地转移方案,说明了穿越轨道可以通过改变初状态内单矢量生成的原理。在三体问题的框架下发现了一类经EL1点或EL2点返回,可以在拼接截面零速度增量变轨,较Hohnmman变轨节省20%能量的轨道。最后,以三体问题下给出的月地低能返回轨道为标称轨道,在基于星历的限制性四体问题下,利用Gauss伪谱法优化了有再入约束的月地低能返回轨道,提供了具有实际工程应用价值的结论。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V412.41

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本文编号：1240299