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

  更多相關(guān)文章： 深空探測(cè) 引力輔助 Lambert 軌道設(shè)計(jì)

【摘要】：一箭雙星技術(shù)日趨成熟,2009年,NASA將LRO和LCROSS同時(shí)發(fā)射,箭載衛(wèi)星由近地衛(wèi)星變?yōu)樯羁仗綔y(cè)器。在深空探測(cè)軌道設(shè)計(jì)方面,通過(guò)金星引力輔助探測(cè)火星已經(jīng)被證明比霍曼轉(zhuǎn)移更耗能量。發(fā)射時(shí)預(yù)置彈射勢(shì)能,借助引力輔助,在探測(cè)器到達(dá)金星時(shí)對(duì)兩個(gè)深空探測(cè)器實(shí)施彈射分離,分離系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)金星探測(cè)器的減速的同時(shí)對(duì)火星探測(cè)器加速,既節(jié)約了能源,又節(jié)約了發(fā)射經(jīng)費(fèi)。使用Lambert方程對(duì)兩點(diǎn)間的軌道轉(zhuǎn)移時(shí)間進(jìn)行求解,配合深空探測(cè)基本動(dòng)力學(xué)解得兩點(diǎn)速度變化量,解得其能量耗費(fèi)。將整個(gè)地-金-火會(huì)合周期內(nèi)能量耗費(fèi)表示出來(lái)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(gè)探測(cè)器進(jìn)行分離以獲得速度增量。金星探測(cè)器在第二次加速后速度下降,利用STK給出參數(shù)對(duì)其進(jìn)行變速處理以被金星捕獲,進(jìn)入環(huán)繞金星的軌道執(zhí)行探測(cè)任務(wù)。火星探測(cè)器在第二次加速后速度提升,在接近火星處再次進(jìn)行變速以保證順利登陸火星。通過(guò)MATLAB初步設(shè)計(jì),再利用STK修正仿真得到的軌道顯示:金星探測(cè)器成功被金星捕獲,火星探測(cè)器成功墜入火星,用STK分析其軌道參數(shù)。為了進(jìn)行比對(duì),利用深空探測(cè)動(dòng)力學(xué)基本理論,采用霍曼轉(zhuǎn)移方法,對(duì)傳統(tǒng)深空探測(cè)軌道參數(shù)進(jìn)行求解計(jì)算,得到傳統(tǒng)深空探測(cè)軌道變速參數(shù)和轉(zhuǎn)移時(shí)間。用給出的兩個(gè)星體同時(shí)探測(cè)的軌道參數(shù)與傳統(tǒng)的分別探測(cè)金星、火星軌道進(jìn)行對(duì)比。通過(guò)對(duì)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(cè)器軌道能耗比傳統(tǒng)霍曼轉(zhuǎn)移能耗更低,一次發(fā)射對(duì)金星以及火星同時(shí)進(jìn)行探測(cè),節(jié)約發(fā)射經(jīng)費(fèi),給出了一箭多星技術(shù)由近地衛(wèi)星逐漸往深空探測(cè)領(lǐng)域發(fā)展的一種方式,擴(kuò)展了一箭雙星技術(shù)的使用范圍,值得進(jìn)一步進(jìn)行研究。
【關(guān)鍵詞】：深空探測(cè) 引力輔助 Lambert 軌道設(shè)計(jì)
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：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(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀8-12
• 1.2.1 歷史上的火星金星探測(cè)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(cè)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(kāi)普勒定律與萬(wàn)有引力定律13
• 2.3 限制性N體問(wèn)題13-14
• 2.4 限制性二體問(wèn)題的幾種軌道形式14-15
• 2.4.1 機(jī)械能、角動(dòng)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(wèn)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(shí)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(jì)和STK簡(jiǎn)介23-29
• 3.1 坐標(biāo)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(jiǎn)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(jī)動(dòng)27-28
• 3.6 小結(jié)28-29
• 4 設(shè)計(jì)過(guò)程29-59
• 4.1 地金軌道29-40
• 4.1.1 轉(zhuǎn)移時(shí)間估計(jì)29-30
• 4.1.2 變軌速度估計(jì)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(shì)能預(yù)置43-47
• 4.4 金星到達(dá)段與火星到達(dá)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(dá)火星53-54
• 4.8 霍曼轉(zhuǎn)移軌道能耗與時(shí)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(xiàn)62-64

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本文編號(hào)：1091901