软着陆月球探测器轨道设计与发射窗口选择

论文摘要

软着陆月球探测的实现将为我国月球探测迈出坚实的一步,其轨道设计问题具有重要的工程意义,本文主要针对软着陆月球探测器的发射窗口与轨道设计问题展开工作。论文的主要研究内容与结论如下:1.介绍了软着陆月球探测器的轨道动力学模型。对月球转移轨道设计过程中涉及到的时间系统和坐标系统进行了介绍;给出了双二体假设下的轨道设计模型;综合考虑各种影响因素,建立了地月转移轨道的完整动力学模型。2.研究了软着陆月球探测器的发射窗口选择问题。考虑光照约束,对着月点和近月点的光照进行限制,给出了着陆月窗口;根据两个地面测控站的测控限制,给出了着陆日窗口;综合考虑轨道运动学约束,包括环月轨道约束、着月轨道约束、地球停泊轨道约束、地月转移轨道约束等,最终确定整个轨道的窗口;对2013年下半年的月球软着陆窗口进行了搜索,得到了满足任务要求的全部窗口。3.进行了软着陆月球探测器的轨道设计与优化。系统阐述了两种软着陆月球探测器轨道设计与优化方法,一种是基于进化策略的月球探测器轨道设计方法,另一种是利用B平面微分修正的轨道设计方法;基于两种轨道设计方法,研制了高精度轨道设计软件,结合得到的任务窗口,获得了2013年下半年满足任务要求的软着陆月球探测器轨道,分析了这些轨道的特点与特性,总结了设计过程中的问题和规律。全文以软着陆月球探测研究为背景,对发射窗口选择与轨道设计的模型与方法进行了较为全面的总结,并开发了设计与仿真软件,根据实际任务要求与约束进行了完整的窗口选择与轨道设计工作,得出了满足要求的窗口与轨道,对软着陆月球探测的轨道选取有重要的参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 月球探测概述
• 1.1.1 月球概况
• 1.1.2 月球探测的历史
• 1.1.3 月球探测的意义
• 1.2 月球探测器轨道设计概述
• 1.2.1 月球探测器轨道特性分析
• 1.2.2 月球探测器轨道设计方法
• 1.2.3 月球探测器轨道窗口选择
• 1.3 本文的研究内容
• 第二章 软着陆月球探测器轨道动力学模型
• 2.1 时间和坐标系统
• 2.1.1 时间系统
• 2.1.2 坐标系统
• 2.2 月球探测器轨道的简化模型
• 2.2.1 轨道参数的选取
• 2.2.2 入口点参数的求解
• 2.2.3 转移轨道参数的求解
• 2.3 月球探测器轨道的精确模型
• 2.3.1 地月转移段的动力学模型
• 2.3.2 环月段的动力学方程
• 2.4 本章小结
• 第三章 软着陆月球探测器的发射窗口选择
• 3.1 发射窗口选择模型
• 3.1.1 光照约束
• 3.1.2 地面测控约束
• 3.1.3 轨道运动学约束
• 3.2 窗口设计算例
• 3.2.1 软着陆月球探测器的约束条件
• 3.2.2 着月窗口分析
• 3.2.3 近月窗口分析
• 3.2.4 停泊轨道升交点赤经分析
• 3.2.5 发射窗口大小分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 软着陆月球探测器轨道设计与优化
• 4.1 轨道设计过程
• 4.1.1 入口点参数初值选取的一般原则
• 4.1.2 入口点参数的调整策略
• 4.1.3 轨道计算思路
• 4.2 基于进化计算的轨道设计与优化
• 4.2.1 进化策略的原理
• 4.2.2 进化策略的应用
• 4.3 基于B平面法的轨道设计与优化
• 4.3.1 B平面法的原理
• 4.3.2 B平面法的应用
• 4.4 轨道设计结果分析
• 4.4.1 两种轨道设计方法的比较
• 4.4.2 满足条件的单条轨道特性分析
• 4.4.3 满足条件的多条轨道综合分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结和展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果