›› 2017, Vol. 37 ›› Issue (1): 57-65.doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2017.0013

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地月自由返回轨道设计

 王丹阳*, 邓辉   

  1. 南京大学天文与空间科学学院,南京210023
  • 收稿日期:2016-06-18 修回日期:2016-09-06 出版日期:2017-02-25 发布日期:2017-01-24
  • 作者简介:*通讯作者:王丹阳(1990-),男,硕士研究生,wdy@smail.nju.edu.cn,研究方向为深空探测轨道设计
  • 基金资助:

    国家自然科学基金(11322330)

Cislunarfreereturntrajectorydesign

 WANG  Dan-Yang*, DENG  Hui   

  1. SchoolofAstronomyandSpaceScience,NanjingUniversity,Nanjing210023,China
  • Received:2016-06-18 Revised:2016-09-06 Online:2017-02-25 Published:2017-01-24

摘要: 载人月球探测任务需要着重考虑任务的安全性,能否“自由返回”是很重要的一项指标。在轨道设计上存在两项要求,首先是地月转移,然后是经月球近旁转向并判断能否返回地球,即实现飞越月球以后的无动力返回。文章结合精确的行星历表(DE405),首先比较不同力模型中同一条轨道的返回情况,以确定初始轨道设计过程中需要考虑的摄动力;然后分析了返回时近地距的各种影响因素,包括出发时刻、转移时间、倾角组合等,提出了一种可使返回近地距逐渐向设定的目标值靠拢的单向搜索方法,该方法简单易行,可信度高,能够满足轨道设计时要求的各项约束条件。该工作对中国将要进行的载人月球探测任务中需要用到的自由返回轨道的设计具有一定的参考价值。

关键词: 自由返回轨道, 力模型, 返回近地距, 影响因素, 地球端倾角范围

Abstract: Themostimportantthinginmannedlunarexplorationsissafety,whethertheprobecanfreereturnwhenfacingpowerfailureattheperiluneisanimportantcriterion.Withtheaimofdesigningcislunarfreereturntrajectory,tworequirementsshouldbesatisfied,thefirstistransfertrajectorydesignbetweentheearthandmoon,thesecondiswhethertheprobecanflybackafterlunarswing-by.Combinedwiththepreciseastronomicalephemeris(DE405),onetrajectoryindifferentmechanicalmodelswascomparedinordertodeterminewhatperturbationsshouldbeconsideredinthepreliminarytrajectorydesign.Then,almostallfactors(departuretime,transfertime,inclinationanglescombination,etc.)affectingthereturnperigeedistanceoftheprobewasanalyzed.Aunidirectionalsearchmethodwasproposed,whichcouldmaketheprobe′sreturnperigeedistancetendtothesettargetvaluegradually.Themethodissimpleandreliable,anditcansatisfyalltherequirementsofinitialtrajectorydesign.Theworkisofsomevaluetothecislunarfreereturntrajectorydesignofourmannedlunarexplorationsinthenearfuture.

Key words: freereturntrajectory, mechanicalmodels, returnperigeedistance, influencingfactors, inclinationanglerangearoundtheearth