摘要：中国嫦娥五号探测器成功实现月球采样返回任务,为最大限度利用任务资源,研究了利用嫦娥五号轨道器的平动点拓展任务轨道方案,设计了平动点轨道及其转移轨道。首先,给出了任务轨道设计的轨道动力学模型,包括圆型限制性三体问题模型和精确力模型。其次,基于嫦娥二号和嫦娥5T1平动点拓展任务设计经验,介绍了平动点轨道直接转移与入轨等轨道设计方法。最后,基于嫦娥五号轨道器与返回器分离后的状态,设计了包括日地Lissajous轨道、地月Lyapunov轨道和NRHO轨道的平动点拓展任务方案,其中日地Lissajous轨道方案分别考虑了轨道器规避机动至不同近地点高度的情况,地月Lyapunov轨道方案采用月球借力转移方式并且涵盖了地月L1和L2点,NRHO轨道方案包括直接深空机动转移和经日地L1点转移的方式。研究结果表明,拓展任务方案所需速度增量不超过400 m/s,最小为103 m/s,转移飞行时间基本不超过90天,最短为70天,研究方案可为嫦娥五号轨道器拓展飞行任务提供有益参考,实现了我国首次日地L1点探测飞行。

摘要：针对定时定点月面着陆的目标要求,提出了全程轨道控制设计方法。进行了包括地月转移、近月制动、环月降轨和动力下降的全程轨道控制的分段设计和联合规划,实现在入轨轨道偏差条件下的定时定点月面着陆。分别构建了中途修正、近月制动、环月降轨三段轨道控制的规划变量和目标参数;根据轨道倾角建立了动力下降点与着陆点的匹配转换关系。设计了中途修正、近月制动、环月降轨、动力下降的全程轨道控制策略的联合规划。建立了着陆位置偏差与轨道倾角偏差、着陆时间偏差与轨道半长轴偏差的修正关系,修正设计了中途修正目标倾角和近月制动目标半长轴。仿真算例表明,在入轨偏差轨道条件下,保证了中途修正后的飞行轨道与标称轨道基本一致,实现了与标称状态基本一致的定时定点月面着陆。可应用于月球着陆、月球采样返回以及载人登月等实施月面定时定点着陆任务的轨道设计和控制实施。

摘要：针对空间实验室连续偏航飞行模式的特点,分析长期姿控喷气对轨道的影响,设计大尺度航天器的天线相位中心修正算法,同时建立空间实验室组合体连续偏航飞行时姿控喷气的经验力补偿模型,解决了连续偏航飞行阶段的动力学精密定轨和预报问题。然后利用动力学建模分析了连续偏航期间的姿控喷气影响,其中每圈累积的速度增量在轨道系各方向上均小于1 cm/s,由轨道解算和遥测计算可知速度增量的量级一致。最后利用建模算法分析比较了空间实验室连续偏航飞行阶段的轨道精度,增加经验力模型补偿后的定轨精度优于10 m,预报1天的精度相比无经验力模型提高了1倍。

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。

摘要：两颗微卫星进入环月大椭圆轨道后,在地面测控支持下,通过执行若干次轨道机动,最终实现从相距上千或上万km至相距1~10km范围变化的环月轨道编队飞行。针对月球大椭圆轨道,基于多脉冲交会控制模式,设计了交会点满足编队飞行状态的轨道控制策略,采用线性制导方法迭代计算精确轨道控制参数;设计了顺序优化的5脉冲控制策略,对轨道平面、拱线、形状和相位等轨道全要素进行控制,通过远距离接近、中距离调整和近距离捕获的渐进式分段控制,在月球大椭圆轨道差异较大条件下,相对运动轨迹渐进稳定,最终实现近距离编队。

摘要：针对未来地月L2点Halo轨道空间站长期停泊任务,研究了高精度模型下Halo轨道设计方法。首先,详细推导了圆型限制性三体问题(Circular Restricted Three Body Problem,CR3BP)质心会合坐标系与高精度模型地心J2000坐标系之间的转换关系,并在此基础上,将CR3BP下的闭合Halo轨道转换到地心J2000坐标系得到了高精度模型下Halo轨道迭代初值。其次,采用序列二次规划(Sequence Quadratic Program,SQP)构造多层迭代格式,在高精度模型下对初值进行逐层修正。最后,通过仿真测试,验证了该方法的可行性与有效性。该研究结果可为未来平动点任务标称轨道设计方案的制定提供参考。

摘要：“嫦娥4号”中继星作为“嫦娥4号”任务的重要组成部分,不同于其它月球探测器,首次选择绕地月L2平动点运行的Halo轨道以保证为月球背面的着陆器和巡视器提供连续的中继通信服务,这面临诸多技术挑战。基于任务需求和工程约束,梳理了中继星全寿命与轨道控制相关的故障类型,制定了多级应急控制目标,给出了分阶段应急轨道控制方案,提出将Lissajous轨道作为应急备选使命轨道,分析了推进剂消耗、中继测控条件和可行性,研究成果直接应用于中继星任务工程实践。

摘要：嫦娥四号中继星“鹊桥”的标称使命轨道为地月L2点附近振幅和方向均确定的halo轨道.在使命轨道外,中继星可以捕获为绕飞地月L2点的其他轨道,仍能够为位于月球背面的着陆器、巡视器提供地月中继通信服务.捕获域可以直观定量地表现中继星在地月L2点附近被捕获的能力与范围.针对地月L2点中继星的捕获域开展了系统研究,从月掩、中继通信、轨道维持控制等方面分析了中继星在地月L2点附近捕获的效果.对地月L2点中继星任务轨道捕获相关的影响因素设计了量化分析方法,并基于实际任务数据对研究内容进行了仿真验证.研究结果表明,相较使命轨道,其他捕获轨道在中继通信服务效果方面有所改变,捕获域内对中继通信的影响可以基于计算结果进行量化区分.地月L2点中继星捕获域分析有助于为后续相关工程任务轨道设计提供技术积累与参考.

摘要：地月L2点附近轨道具备独特的动力学和运动学特性,是月球背面探测任务的中继卫星首选布设位置。面向未来月球背面探测任务的中继通信需求,分析并研究了地月L2点周期轨道(halo轨道)对月球背面的覆盖。在圆型限制性三体问题模型下,研究并给出了halo轨道族延拓计算方法,基于延拓法设计了地月系大范围南北halo轨道族;给出了中继卫星的月球背面覆盖计算模型,定义了相应的时间覆盖因子;数值仿真了地月系南北halo轨道族的月球背面覆盖情况。研究结果表明:地月L2点周期轨道幅值和类型决定其对月面的覆盖性,幅值较小的轨道的月面整体覆盖性较好,幅值较大的轨道对月球南北极覆盖较好,南北族轨道分别有利于月球南北半球的覆盖。文章研究可为我国"嫦娥4号"月球背面探测任务的中继星轨道设计提供有益参考和借鉴。