發(fā)布時間：2019-04-23 11:24

【摘要】：深空探測相對于地球衛(wèi)星而言,指探測器脫離地球引力范圍,進入行星際空間甚至距離地球更遠的空間對太陽系內或者太陽系以外的天體進行探測。我國目前將對地球以外天體開展的空間探測活動稱為深空探測。有些國家和機構將對月球的探測排除在深空探測的定義之外。隨著航天技術的發(fā)展和提高,深空探測的概念也會有不斷的更新,但這不是實質性問題,不會影響本文對深空探測中軌道力學內容的闡述。 從二十世紀末尤其是二十一世紀以來,隨著航天領域科技的進步和提高,對月球和太陽系其他大行星的探測越來越多的得到世界各國的關注。近幾年,我國也加快了對月球的探測步伐。2007年10月24日,我國成功發(fā)射了第一個月球探測器——“嫦娥一號”月球探測器,實現(xiàn)了“精確變軌,成功繞月”的預定目標,獲取到大量科學數(shù)據(jù)和全月球影像圖,并成功實施“受控撞月”任務�！版隙鹨惶枴比蝿盏膱A滿完成,是我國繼人造地球衛(wèi)星、載人航天飛行取得成功之后中國航天事業(yè)發(fā)展的又一座里程碑,標志著中國已經跨入具有深空探測能力的國家行列。2010年10月1日,我國又成功發(fā)射“嫦娥二號”月球探測器,獲取了分辨率更高的全月球影像圖和虹灣區(qū)域高清晰影像,并成功開展環(huán)繞拉格朗日12點等多項拓展性試驗,為深空探測后續(xù)任務的實施奠定了基礎。 針對我國探月工程制定的“繞、落、回”三步計劃,嫦娥一號和二號探測器的成功發(fā)射和探測任務的圓滿完成使得地月轉移軌道和環(huán)月軌道的設計得到很好的應用。而針對返回型探測器所涉及到的包含地月轉移、環(huán)月和月地轉移三段軌道的完整軌道,并無涉及。文中結合嫦娥工程探月三期任務和載人探月任務,對返回型月球探測器的完整軌道進行設計,對軌道的動力學特征進行分析,結合設定任務要求對發(fā)射軌道窗口進行計算。研究結果具有一定的普遍性,為返回型月球探測器的軌道設計提供相應的依據(jù)。 與此同時,我國的自主火星探測計劃也在進行當中。文中以此為背景,對地火轉移軌道的軌道設計、軌道計算、發(fā)射窗口選擇和中途軌道修正等進行了全方面的研究。對精確力模型下大推力轉移軌道進行了相應的計算和動力學特征的分析,并給出了軌道中途修正的策略,為我國的火星探測任務轉移軌道的選擇和設計提供相應的依據(jù)。 作者所做工作中的軌道設計是在太陽系小天體運動(并考慮到探測器的特征)的軌道理論基礎上進行的,并采用了完善而合理的力學模型,而不是一個單純的運行軌道計算和優(yōu)化問題.這樣所獲得的結果才會對在實際工程中應用具有一定的參考價值。 本文工作的創(chuàng)新點有如下幾個： 1.基于太陽系小天體運動的軌道理論,對地月轉移軌道的類型進行分析,為任務中采用大推力形式的轉移軌道給出相應的理論依據(jù)。 2.對返回型月球探測任務尤其是載人登月任務中保證航天員安全返回的備用軌道—無動力返回軌道進行了分析,并給出真實力模型下的計算結果。 3.針對我國地面回收場的具體條件,對月地轉移軌道再入角的變化特點進行了研究,對再入角和再入點緯度受到的限制進行相應的分析,并為返回型月球探測任務中采用升軌再入方式給出理論依據(jù)。 4.基于小天體運動方程的狀態(tài)轉移矩陣,對月球探測轉移軌道的誤差發(fā)散特點進行了分析,基于誤差傳遞特點給出中途修正時問的時機選取依據(jù),并基于誤差傳遞矩陣給出了中途修正速度增量的計算公式。 5.基于IAU2000火星定向模型給出的火星歲差參數(shù),給出了火星扁率項J,對火星衛(wèi)星造成的坐標系附加攝動的分析解。 6.通過在真實力模型下對地火轉移軌道的計算,研究地火轉移軌道的動力學特點,結合軌道動力學給出相應的理論分析。 7.基于地火轉移的狀態(tài)轉移矩陣對誤差發(fā)散進行分析,分別基于誤差傳遞特點和誤差傳遞矩陣給出中途修正時機和速度增量計算公式。通過多種中途修正方法的計算和比較給出在保證一定精度前提下可以大量節(jié)省計算時間的中途修正策略。 8.研究工作中所進行的數(shù)值計算軟件都是自行編寫,可以對軟件進行工程化,為具體工程中的應用服務。
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【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：V412.41

【引證文獻】

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1 趙玉暉;王素;胡壽村;季江徽;;嫦娥二號飛越圖塔蒂斯成像策略及預期成像結果研究[J];天文學報;2013年05期

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本文編號：2463419