摘要：摄动Lambert问题是航天器交会对接、在轨维修等任务的基础问题。由于摄动Lambert问题没有解析解,仅能通过迭代计算得出数值解,因此现有方法主要针对迭代收敛性与计算效率进行改进。在现有同伦迭代的基础上,引入通用图搜索A*算法思想,提出了剪枝同伦迭代方法。首先,将当前末位置偏差到初速度增益的状态转移矩阵梯度方向与目标方向结合得到迭代方向,设计了基于A*算法的同伦映射;其次,基于泰勒展开设计了线性摄动矩阵,实现了对末位置发散路径的剪枝,解决了牛顿打靶法、拟线性化等传统方法无法排除初速度发散的无效迭代问题。仿真结果表明,本方法在保证获得最优解的同时较现有同伦法提升25%以上的计算效率,具有更大的收敛范围;同时本方法具有良好的初值收敛特性,地月三体系统轨道转移案例较拟线性化方法提升30%以上计算效率。

摘要：针对载人月球探测任务构成系统多、系统交互关系复杂的特点,提出了一种基于模型的多视角分层分析方法。在任务前期(任务概念研究和初步开发阶段),从不同视角对任务层和系统层进行描述,建立任务层和系统层黑盒模型。与基于文档的任务分析方法相比,多视角分层分析方法采用系统建模语言(SysML)对任务进行模型化描述,在任务初期从不同视角对任务和系统进行全面分析。方法采用以模型为中心的思想,支持系统模型快速迭代设计,提高了设计和分析效率。以载人月球探测任务为应用案例,验证了任务内各系统接口匹配情况,并检验了任务逻辑和系统状态设计的正确性。

摘要：针对载人月球探测任务飞行模式复杂、航天器状态多、技术指标要求高的问题,基于SysML和Modelica建模语言对载人月球探测航天器进行总体设计和仿真验证研究,结合航天器型号流程提出一套基于模型的载人月球探测航天器总体方案设计流程。首先基于SysML语言从工程总体需求出发,逐项分解出系统级需求;其次根据工程总体提供的载人月球探测飞行模式开展系统行为分析,同步设计应急救生方案;再次通过系统行为分解航天器功能模块及分系统,赋予物质、能量和信息描述;最后基于SysML模型搭建Modelica仿真体系,对航天器系统的总体参数进行仿真验证,同时经仿真确认后将功能、性能参数进行条目化分解,形成系统总体对分系统的需求。以载人月球探测航天器系统为例验证了设计流程有效性,为其它航天器MBSE应用提供参考。

摘要：面向载人登月任务需要,针对星历模型下具备自由返回能力的地月转移轨道设计问题进行了研究。在三体模型下对地月三维自由返回轨道进行了求解,得到了地月空间内的自由返回轨道分布情况。在二体模型假设下对近月段的三脉冲变轨进行了求解,给出了变平面机动的计算方法。进一步提出了两轮逐次优化修正策略,分别以高度和再入走廊为主要约束,采用内点法和SQP算法在高精度星历模型下对自由返回轨道初值进行逐次优化修正。之后,采用SQP算法在星历模型下对近月三脉冲变轨进行优化修正,得到了星历模型下的自由返回+近月三脉冲变轨地月转移策略。仿真校验结果表明本文提出的方法能够在给定约束下有效求解星历模型下具备自由返回能力的地月转移轨道,为载人登月任务的转移轨道设计提供参考。

摘要：载人月球探测任务需要数千吨运载火箭起飞规模才能将航天员和少量载荷送达月面,实现高效探测难度很大。以提升载人月球探测任务整体性能为目标,在总体层面开展设计理念、设计方法、模型优化和数据修正的系统分析,提出了基于概率的总体设计、船/器/箭一体化设计、基于数字模型的优化设计、基于实测数据修正的总体性能提升等总体技术,结合载人月球探测任务总体设计实践,总结了技术应用效果,指出了后续研究方向,对于提升载人月球探测整体性能、发挥探测效益具有重要支撑作用。

摘要：为实现月球探测的可持续发展,在实施首次载人登月任务后,将探索建造载人月球科研试验站,实现人在月面长期生存和月球资源开发利用。针对此背景,调研了国外载人月球探测两次热潮提出的发展规划与现状,之后根据载人深空探测发展规律,分析并思考提出以验证人类长期地外生存技术与难点问题、开展月球深度科学研究、资源的探测与开发利用等任务为建站目标;在分析建站难点与发展趋势的基础上,探讨了未来可能分步实施、循序渐进的发展规划与路径;面向战略、科学、工程与经济4大要素,并重点考虑载人航天安全性要求,提出了建站选址的初步思路,最后分析了初步思考的6项关键技术及难点问题与发展规划。

摘要：针对载人月球探测的顶层任务规划需求,提出了载人月球探测一体化任务规划设计方法。通过梳理和分解全任务飞行方案流程,提出一种基于环月轨道摄动的一体化任务规划方法,并识别出与顶层任务规划密切相关的3个关键设计约束,随后分别对光照、环月轨道以及返回着陆等约束展开分析。根据不同的时间尺度约束,逐步筛选出满足工程需求的任务月窗口、日窗口和时窗口。最后,在联合仿真平台上,对规划结果进行仿真验证。该方法解决了标称及推迟任务的综合窗口设计问题,同时也为大时间尺度范围内的快速规划提供了有效的技术途径。

摘要：故障管理是管控复杂系统风险的重要途径,需要在系统研制、应用各个阶段开展相应的工作。随着基于模型的系统工程(MBSE)在航天领域的应用,也必须将基于模型的故障管理纳入到系统发展的全寿命周期之中。以载人登月任务为背景,结合MBSE方法论和传统的故障管理方法,从技术层面提出了贯穿于载人登月任务全寿命周期的任务级故障管理方法,包括基于模型的故障管理概念设计、架构设计、需求分析与捕获、需求验证与确认、故障评估与分析、操作和维护。并详述了在MBSE背景下上述内容的实现方式。最后从载人登月任务层的视角,给出了全寿命周期下基于模型的故障管理过程,为未来载人登月任务的故障管理提供了一套可行的实施框架。

摘要：轨道设计是载人月球探测工程中的一个重要问题,直接影响工程实施的效果、甚至成败。本文概述了载人月球探测工程中涉及的飞行轨道,指出了轨道设计所面临的三方面挑战,即飞行轨道方案、轨道设计效率、任务全局最优化的挑战;简要介绍了国内外载人月球探测轨道设计的研究进展;提出了当前载人月球探测轨道设计需要重点突破的几个关键技术问题,包括一体化轨道设计与优化、应急任务轨道设计、地月空间任务高鲁棒性轨道设计、月球轨道空间站的轨道设计和地月空间轨道通用设计软件等问题。

摘要：自由返回轨道设计是载人月球探测任务轨道方案设计不可忽视的环节之一。现有的自由返回轨道设计求解过程相对繁琐,初值依赖性较强,难以直接进行高精度设计,无法适应大规模快速搜索需求,从而限制了窗口设计、可达域分析等问题的求解效率。针对这些问题,首先,建立了以近月点伪参数为自变量的非线性方程组模型。其次,提出了一种基于初值动态适应的Newton-Raphson算法用于方程组的快速求解。再次,定义了初值优劣性指标和算法优劣性指标用于评判初值的品质以及算法的能力。与序列二次规划算法的仿真结果对比表明,所提方法计算速度得到大幅提升,同时高精度计算的仿真结果显示大规模搜索能力也有显著增强。