月地应急返回轨道优化设计

发布时间：2022-02-14 22:51

　　针对载人登月任务中的应急返回问题,对基于三脉冲变轨的方案进行优化设计。以圆型限制性三体问题（circular restricted three body problem,CR3BP）模型为基础,采用球坐标形式的月球返回运动模型。考虑环月轨道面、月球最小安全距离、终端近地距等约束,采用MultiStart算法对月地应急返回轨道进行全局优化。通过大量的计算仿真,验证了所提算法的有效性和可行性,并分析了不同轨道参数对性能指标的影响。研究结论对未来载人登月应急返回方案的设计具有重要的参考价值。 

【文章来源】：系统工程与电子技术. 2020,42(02)北大核心EICSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

X-Y平面轨迹图

基于三脉冲变轨的月地应急返回轨道方案主要分为3个步骤，如图1所示。载人飞船在环月轨道运行时，一旦发生故障，通过施加第1次脉冲后，由初始环月轨道进入椭圆过渡轨道；然后在椭圆轨道远月点附近施加第2次脉冲，进行轨道面的调整；最后在近月点附近施加第3次脉冲，进入月地转移轨道返回地球。

从表1可以看出，用于调整轨道面的第2次机动，由于在远月点附近进行，所需的速度增量较小，体现了三脉冲变轨方案的优越性。此外，通过求解结果的对比，可以看出使用MultiStart算法优化求解得到的结果比使用遗传算法优化求解得到的结果更优，最优轨道的整个机动过程需要的速度增量为1.09km/s，这对燃料有限时的应急返回十分有利。最优轨道的飞行总时间为6d，达到了约束的上限。图2给出了最优轨道在月心会合坐标系中的三维轨迹，图3和图4分别给出了在X-Y和X-Z平面的二维轨迹，图中TEI-1、TEI-2、TEI-3分别对应3次脉冲施加的位置。图3 X-Y平面轨迹图

【参考文献】：
期刊论文
[1]探测器月地转移入射变轨策略优化设计[J]. 汪中生,孟占峰,高珊,周文艳.  航天器工程. 2019(01)
[2]载人登月应急返回轨道倾角优化设计[J]. 陈海朋,余薛浩,黄飞.  中国空间科学技术. 2017(04)
[3]Finite Thrust Transfer Strategy Designing for Low Energy Moon Return Based on GPM/VSM[J]. Liu Yue,Wu-Xing Jing,Ying-Ying Xiao.  International Journal of Automation and Computing. 2015(05)
[4]直接再入大气的月地返回窗口搜索策略[J]. 郑爱武,周建平.  航空学报. 2014(08)

博士论文
[1]基于解析同伦的月地应急返回轨迹优化方法[D]. 沈红新.国防科学技术大学 2014



本文编号：3625413