本文關(guān)鍵詞：基于引力輔助和勢能預(yù)置的金星火星探測器軌道設(shè)計

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【摘要】：一箭雙星技術(shù)日趨成熟,2009年,NASA將LRO和LCROSS同時發(fā)射,箭載衛(wèi)星由近地衛(wèi)星變?yōu)樯羁仗綔y器。在深空探測軌道設(shè)計方面,通過金星引力輔助探測火星已經(jīng)被證明比霍曼轉(zhuǎn)移更耗能量。發(fā)射時預(yù)置彈射勢能,借助引力輔助,在探測器到達金星時對兩個深空探測器實施彈射分離,分離系統(tǒng)實現(xiàn)對金星探測器的減速的同時對火星探測器加速,既節(jié)約了能源,又節(jié)約了發(fā)射經(jīng)費。使用Lambert方程對兩點間的軌道轉(zhuǎn)移時間進行求解,配合深空探測基本動力學(xué)解得兩點速度變化量,解得其能量耗費。將整個地-金-火會合周期內(nèi)能量耗費表示出來用以找尋可行的發(fā)射窗口,控制其逃逸速度保證完成地-金轉(zhuǎn)移。在金星處,兩個探測器進行分離以獲得速度增量。金星探測器在第二次加速后速度下降,利用STK給出參數(shù)對其進行變速處理以被金星捕獲,進入環(huán)繞金星的軌道執(zhí)行探測任務(wù)�；鹦翘綔y器在第二次加速后速度提升,在接近火星處再次進行變速以保證順利登陸火星。通過MATLAB初步設(shè)計,再利用STK修正仿真得到的軌道顯示:金星探測器成功被金星捕獲,火星探測器成功墜入火星,用STK分析其軌道參數(shù)。為了進行比對,利用深空探測動力學(xué)基本理論,采用霍曼轉(zhuǎn)移方法,對傳統(tǒng)深空探測軌道參數(shù)進行求解計算,得到傳統(tǒng)深空探測軌道變速參數(shù)和轉(zhuǎn)移時間。用給出的兩個星體同時探測的軌道參數(shù)與傳統(tǒng)的分別探測金星、火星軌道進行對比。通過對比得到結(jié)論,由于使用了一箭雙星的分離技術(shù),節(jié)省了部分能量。仿真給出的利用一箭雙星深空探測器軌道能耗比傳統(tǒng)霍曼轉(zhuǎn)移能耗更低,一次發(fā)射對金星以及火星同時進行探測,節(jié)約發(fā)射經(jīng)費,給出了一箭多星技術(shù)由近地衛(wèi)星逐漸往深空探測領(lǐng)域發(fā)展的一種方式,擴展了一箭雙星技術(shù)的使用范圍,值得進一步進行研究。
【關(guān)鍵詞】：深空探測 引力輔助 Lambert 軌道設(shè)計
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V412.41
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-7
• 1 緒論7-13
• 1.1 研究背景和意義7-8
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀8-12
• 1.2.1 歷史上的火星金星探測器8
• 1.2.2 引力輔助的發(fā)現(xiàn)與歷史8-10
• 1.2.3 采用引力輔助的探測器10
• 1.2.4 近期引力輔助理論研究10-11
• 1.2.5 一箭雙星11-12
• 1.3 論文研究的主要內(nèi)容12
• 1.4 小結(jié)12-13
• 2 軌道力學(xué)基礎(chǔ)13-23
• 2.1 引言13
• 2.2 開普勒定律與萬有引力定律13
• 2.3 限制性N體問題13-14
• 2.4 限制性二體問題的幾種軌道形式14-15
• 2.4.1 機械能、角動量14
• 2.4.2 幾種二體軌道曲線14-15
• 2.5 參考系與經(jīng)典軌道六要素15-16
• 2.6 變軌問題16-18
• 2.6.1 軌道能量關(guān)系16
• 2.6.2 一般同平面轉(zhuǎn)移16-17
• 2.6.3 霍曼轉(zhuǎn)移17-18
• 2.6.4 軌道傾角調(diào)整18
• 2.7 轉(zhuǎn)移時間18-19
• 2.8 引力輔助19-20
• 2.9 Lambert定理20-21
• 2.10 星歷表21
• 2.11 發(fā)射窗口21-22
• 2.12 小結(jié)22-23
• 3 程序設(shè)計和STK簡介23-29
• 3.1 坐標變換23-25
• 3.1.1 速度矢量、位置矢量轉(zhuǎn)軌道六要素23-24
• 3.1.2 軌道六要素轉(zhuǎn)速度矢量、位置矢量24-25
• 3.2 星歷表25-26
• 3.3 Lambert方程求解26
• 3.4 發(fā)射窗口搜索26
• 3.5 STK簡介26-28
• 3.5.1 航天功能27
• 3.5.2 儒略日27
• 3.5.3 軌道外推27
• 3.5.4 STK軌道機動27-28
• 3.6 小結(jié)28-29
• 4 設(shè)計過程29-59
• 4.1 地金軌道29-40
• 4.1.1 轉(zhuǎn)移時間估計29-30
• 4.1.2 變軌速度估計30-31
• 4.1.3 發(fā)射窗口搜索31-37
• 4.1.4 地-金軌道修正37-40
• 4.2 引力輔助與二次修正40-43
• 4.3 勢能預(yù)置43-47
• 4.4 金星到達段與火星到達段47-49
• 4.5 地-金-火軌道小結(jié)49-51
• 4.6 2005VEX軌道51-53
• 4.7 地球直接到達火星53-54
• 4.8 霍曼轉(zhuǎn)移軌道能耗與時耗54-55
• 4.9 數(shù)據(jù)分析55-58
• 4.10 小結(jié)58-59
• 5 總結(jié)與展望59-61
• 致謝61-62
• 參考文獻62-64

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本文編號：1091901