基于平動點軌道的月球中繼衛(wèi)星星座設(shè)計.pdf

1、月球?qū)Ш酵ㄐ胖欣^星座是月球探測計劃中的重要組成部分。利用地月系平動點構(gòu)建導航通信星座，可以支持地月系空間和深空探測部分段的中繼通信，實現(xiàn)對近地、地月轉(zhuǎn)移、近月的地月系空間飛行器的高精度自主導航服務(wù)。本文針對地月系圓型限制性三體問題（CRTBP）意義下的星座構(gòu)型問題，明確了平動點軌道與受攝二體軌道的不同內(nèi)在力學機制，研究了平動點附近的動力學特性和導航性能，搭建了基于不變流形的平動點軌道轉(zhuǎn)移技術(shù)和星座重構(gòu)設(shè)計方法。通過構(gòu)建平動點軌道和代表性

2、平動點星座，揭示了L1和L2平動點軌道對深空導航星座的貢獻。論文的主要工作如下：
　　1.建立了平動點Halo軌道族的構(gòu)造參數(shù)模型和快速搜索路徑。分析提出了Halo軌道的設(shè)計參數(shù)，基于給定的參數(shù)確定Halo軌道上衛(wèi)星的位置。繪制了地月系L1點和L2點附近的兩個Halo軌道族，可以為從L1點至月球再至L2點范圍內(nèi)的空間探測快速提供候選周期軌道。基于不變流形理論研究了Halo軌道對應的穩(wěn)定和不穩(wěn)定流形，為Halo星座的建立與軌道轉(zhuǎn)移提

3、供基礎(chǔ)。
　　2.建立了基于流形的平動點軌道轉(zhuǎn)移設(shè)計體系。以CRTBP模型為基本框架，基于平動點軌道的運動穩(wěn)定性和不變流形的力學特性，實現(xiàn)了基于不變流形的低能軌道轉(zhuǎn)移。針對Halo衛(wèi)星的發(fā)射，分別計算了傳統(tǒng)Hohmann轉(zhuǎn)移、流形轉(zhuǎn)移以及小推力軌道轉(zhuǎn)移的速度增量消耗和轉(zhuǎn)移時間，對比分析了不同轉(zhuǎn)移方式的適用性。
　　3.提出了一種結(jié)合二體問題和三體問題的軌道優(yōu)化轉(zhuǎn)移算法。該方法適用于平動點軌道間、平動點軌道與二體軌道間的軌道轉(zhuǎn)

4、移。為了減少發(fā)射的成本，將月球探測任務(wù)與平動點任務(wù)結(jié)合，以月球凍結(jié)軌道衛(wèi)星的發(fā)射為例，分析了衛(wèi)星軌道轉(zhuǎn)移方法，實現(xiàn)多任務(wù)和機動任務(wù)的有機結(jié)合，節(jié)省任務(wù)花費，提高了衛(wèi)星發(fā)射效率，可以為將來月球衛(wèi)星或者貨運飛船的發(fā)射提供設(shè)計借鑒。
　　4.搭建了平動點衛(wèi)星星座的性能評價體系。從覆蓋性、星座構(gòu)型、星座維持等方面分析了某代表星座的性能。(1)覆蓋性；當選取Halo軌道z向的幅值在0.2以上時，每個周期內(nèi)Halo軌道衛(wèi)星對南極或北極的覆蓋可