摘要：载人登月转移轨道具有飞行时间长,动力学模型复杂,非线性强且变系数的特点,而载人登月工程对转移轨道可靠性要求极高,研究地月转移轨道偏差传播机理和轨道稳健性设计不仅具有工程意义,更具有探索地月空间复杂引力场对轨道偏差作用的科学意义.本文首先分析了日地月中心引力和地球J2项摄动等主要作用力对转移轨道偏差的作用范围与影响大小,其次提出了一种基于标称轨道数据的变系数非线性动力学系统偏差传播机理解析分析方法,最后构建了基于偏差传播矩阵的转移轨道稳健性评价指标,并基于NSGA-II(Nondominated Sorting Genetic Algorithms)算法求解了载人登月转移轨道稳健性优化设计问题.仿真结果表明,本文提出的偏差传播机理分析方法能快速准确地求解出载人登月转移轨道偏差传播矩阵,利用偏差传播矩阵进行协方差分析和中途修正脉冲计算是简单准确的,考虑稳健性的转移轨道优化设计可以提高标称轨道品质.

摘要：地月转移轨道设计是探月关键技术之一,微分校正法是公认的解决非线性迭代问题的有效方法。针对探月任务中地月转移轨道设计精度高、计算速度快等要求,提出一种改进的微分校正快速设计方法。该方法基于DE405/LE405星历数据下日、地、月和地球J2项摄动真实轨道动力学模型,推导了近月点和入轨点设计参数偏导数关系,在积分轨道状态量的同时积分微分校正矩阵,用积分得到的准确微分校正矩阵求逆,快速迭代得到轨道设计结果。仿真结果表明,利用该方法设计地月转移轨道收敛速度远优于同等精度动力学模型—序列二次规划算法。

摘要：针对载人登月任务背景及工程约束,提出一种轨道与窗口一体化设计方法。通过两次坐标转化,将自由返回轨道设计参数解耦为近月点独立变量。在双二体假设下,通过4段二体轨道拼接完成自由返回轨道初值快速搜索及匹配近地停泊轨道(LEO)面的月窗口,其结果作为下一步采用序列二次规划(SQP)迭代求解高精度动力学模型轨道参数的初值,在该条精确轨道近月点时刻90 min邻域内产生可以匹配LEO地月转移入轨相位的零窗口轨道。算例表明,该流程能够精确快速地完成具有复杂任务背景及苛刻工程要求的载人登月绕月自由返回轨道与窗口设计问题。

摘要：针对载人登月绕月自由返回飞行任务,提出一种混合-分层轨道优化设计方法。将高精度模型下强约束自由返回轨道设计问题转化为有约束非线性规划求解问题,在此基础上提出一种混合-分层优化求解策略。在双二体模型下利用差分进化算法(DE)与序列二次规划(SQP)相结合的混合优化算法快速求解了满足弱约束条件下的轨道初值问题。采用序列二次规划(SQP)构造两层迭代格式,在高精度模型和强目标约束下对初步设计轨道进行逐层修正。最后,通过仿真测试,文章所述方法的可行性与有效性得到了验证。仿真飞行结果还进一步表明该设计方法具有求解精度高、收敛速度快等优点,为探月工程任务提供了一种有效的轨道设计工具。

摘要：随着卫星遥感信息全面性、精确性和快速回传需求的增长,满足永久星间链路的对地协同观测混合星座成为必然选择。建立了全球普查覆盖率、区域详查时间分辨率、空间分辨率、星间链路和星座部署代价等优化指标计算模型,并巧妙处理轨道回归条件等约束条件,设计的分层优化策略可以计算混合星座多目标优化设计问题。算例表明,提出的方法能综合考虑混合星座多方面设计指标和约束条件,计算的Pareto解集能反映混合星座多方面性能品质,可支持工程实施方案论证和择优。

摘要：对于月面中高纬度着陆且定点返回地球中高纬度着陆场的载人登月任务而言,月面着陆窗口与定点返回轨道设计存在耦合关系,这是工程任务面对的关键技术之一。针对任务背景及约束条件,建立月面着陆窗口与定点返回轨道求解数学模型;通过数值求解着陆窗口与返回轨道参数规律,并从空间几何关系分析耦合机理;以2025年载人月面虹湾探测为例,给出了着陆窗口与定点返回轨道求解流程及验证算例。计算结果经商业软件STK校验正确,表明该方法是一种简捷精确的载人登月任务规划方法,可在未来载人登月工程任务规划时直接使用。

摘要：retro-GEO是指逆行(retrograde)地球静止轨道(geostationary Earth orbit,GEO),该轨道与GEO轨道高度相同或相近,但倾角为180°,安装在retro-GEO卫星上的巡视器可每12 h对GEO带空间资产附近碎片环境安全预警。直接西向发射retro-GEO卫星存在地面测控和发射能耗较大的困难。基于平面四体模型,为降低设计变量敏感性,以近月点参数为设计变量,建立了部署retro-GEO巡视器的月球借力飞行轨道设计模型,利用轨道动力学模型延拓策略,得到该类轨道绕月后返回地球飞行时长只能约为114.79 h,该结论可用于求解该类轨道高精度轨道动力学模型解。

摘要：环月极轨空间站是未来私人月球旅游和全月面到达的有效途径之一,空间站补给任务的完成需要高精度两脉冲燃料最优转移轨道设计建模与求解方法。文章基于逆向数值积分思路提出了一种两脉冲地月转移轨道快速设计模型,设计了能使用通用非线性规划算法计算的轨道优化搜索设计模型框架,最后利用黄金分割策略来快速计算燃料最优轨道解。仿真算例分析了两脉冲地月转移轨道近月制动点位置与转移时长的特性关系,并验证了所提方法的正确性和有效性。

摘要：第六届全国空间轨道设计竞赛题目乙是一个利用行星引力辅助最快飞出太阳系的轨迹优化问题,本文介绍了国防科学技术大学团队的求解方法.该方法先基于构建的推力方向固定的小推力引力辅助优化模型得到最优的引力辅助行星序列,再通过对优化模型的改进和推力方向的优化得到更进一步的解.求解结果表明该方法可以有效地优化出一条最快逃逸的轨道.

摘要：针对低运输成本的未来地月L2点Halo轨道空间站补给任务轨道转移问题,研究了基于不变流形和月球借力的间接转移轨道设计方法及轨道参数特性。首先建立了三脉冲从近地停泊轨道出发到Halo轨道的间接转移轨道设计模型;然后提出了二体解析初值搜索和局部梯度优化相结合的串行优化方法,并采用圆型限制性三体问题模型验证了方法的正确性与快速性;最后,通过大量仿真算例分析了间接转移轨道参数特性。结果表明不变流形插入点相位和Halo轨道幅值对间接转移轨道燃料消耗影响较大,而月球借力高度影响则比较小。