【摘要】：小行星因含有太陽系形成初期殘留的物質(zhì)和太陽系演化形成過程中的豐富信息而備受關(guān)注。將小行星捕獲至地球附近,不但有助于獲得小行星含有原始信息的物質(zhì),而且有利于小行星豐富資源的開發(fā)和利用。本文以小行星捕獲為背景,研究了基于日地平衡點(diǎn)的小行星捕獲軌道設(shè)計(jì)與優(yōu)化問題,主要內(nèi)容如下:在捕獲目標(biāo)星的選擇方面,本文從軌道特征、光譜類型和尺寸分布等方面對(duì)近地小行星的物理特征和軌道特性進(jìn)行了比較全面的分析,從而給出了捕獲目標(biāo)星的選擇條件,并結(jié)合能量需求篩選出適合捕獲任務(wù)的備選目標(biāo)星�；诿}沖轉(zhuǎn)移方式,本文采用兩脈沖和多脈沖轉(zhuǎn)移,并結(jié)合三體軌道動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)流形理論、弱穩(wěn)定邊界理論以及月球借力理論,分別給出了將目標(biāo)小行星捕獲至日地平衡點(diǎn)、日地系統(tǒng)弱穩(wěn)定邊界區(qū)域和月球軌道附近的三種軌道設(shè)計(jì)方案,并對(duì)這些方案的參數(shù)特性進(jìn)行了分析和比較�；谛⊥屏D(zhuǎn)移方式,本文采用同倫優(yōu)化算法,分別設(shè)計(jì)了從地球到小行星的小推力轉(zhuǎn)移軌道以及通過三體動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)流形捕獲至日地平衡點(diǎn),通過弱穩(wěn)定邊界實(shí)現(xiàn)三體系統(tǒng)捕獲和通過月球借力實(shí)現(xiàn)捕獲的小推力轉(zhuǎn)移軌道設(shè)計(jì)方案,并針對(duì)不同推力組合的工作模式,評(píng)估和分析了燃料消耗等捕獲任務(wù)方案參數(shù)。針對(duì)從日地系統(tǒng)平衡點(diǎn)出發(fā)捕獲小行星返回至日地系統(tǒng)平衡點(diǎn)的軌道設(shè)計(jì)問題,本文采用脈沖轉(zhuǎn)移和小推力轉(zhuǎn)移兩種方式,并結(jié)合始末端流形逃逸和流形捕獲的方法對(duì)小行星捕獲軌道方案進(jìn)行了設(shè)計(jì),同時(shí)針對(duì)這兩種方案所需的燃料消耗和飛行時(shí)間進(jìn)行了對(duì)比和分析。以2006RH120小行星為目標(biāo)星,本文基于小推力轉(zhuǎn)移方式,并結(jié)合同倫優(yōu)化算法和三體系統(tǒng)流形理論,給出了一套完整的小行星捕獲任務(wù)軌道設(shè)計(jì)方案。同時(shí)結(jié)合小行星消旋等捕獲操作對(duì)小行星捕獲飛行組合體的質(zhì)量、飛行時(shí)間、燃料消耗等重要設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了評(píng)估和分析。
[Abstract]:Asteroids have attracted much attention because of the residual material in the early solar system and abundant information about the evolution of the solar system. Capturing asteroids near Earth will not only help to obtain the material containing the original information of asteroids, but also be beneficial to the development and utilization of rich resources of asteroids. In this paper, based on the background of asteroid capture, the orbit design and optimization of asteroid capture based on the solar-terrestrial equilibrium point are studied. The main contents are as follows: in the selection of target stars, the characteristics of orbit are discussed in this paper. The physical and orbital characteristics of near-Earth asteroids are comprehensively analyzed in terms of spectral type and size distribution, and the selection conditions for capturing target stars are given. In combination with the energy requirements, the target stars suitable for the capture mission are selected. Based on the method of pulse transfer, this paper uses two-pulse and multi-pulse transfer, combined with manifold theory of three-body orbit dynamics system, weakly stable boundary theory and lunar borrowing theory, respectively, to give the target asteroid to the solar-earth equilibrium point. Three orbital design schemes for the weak stable boundary region of solar-earth system and near the lunar orbit are presented. The parametric characteristics of these schemes are analyzed and compared. Based on the small thrust transfer method, the homotopy optimization algorithm is used to design the small thrust transfer orbits from the Earth to the asteroid and to capture to the solar-earth equilibrium point through the manifold of the three-body dynamics system. The design scheme of the three-body system capture by weak stable boundary and the small thrust transfer orbit captured by the lunar force is realized. The parameters of the capture mission such as fuel consumption are evaluated and analyzed according to the different working modes of different thrust combinations. Aiming at the problem of orbit design for capturing asteroids from the equilibrium point of the solar-terrestrial system to the equilibrium point of the solar-terrestrial system, two methods of pulse transfer and small thrust transfer are used in this paper. Combined with the methods of end manifold escape and manifold capture, the asteroid capture orbit scheme is designed, and the fuel consumption and flight time of these two schemes are compared and analyzed. Based on the small thrust transfer method and the homotopy optimization algorithm and the manifold theory of the three-body system, a complete orbit design scheme for the asteroid capture mission is presented in this paper based on the 2006RH120 asteroid as the target star. At the same time, the mass, flight time, fuel consumption and other important design parameters of asteroid capture flight assembly are evaluated and analyzed.
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V412.41

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3 王宏;不規(guī)則弱引力場(chǎng)小行星探測(cè)器軟著陸軌跡優(yōu)化控制研究[D];長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué);2015年

4 劉鳳霞;軟著陸小行星探測(cè)器制導(dǎo)與優(yōu)化控制方法研究[D];長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué);2015年

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本文編號(hào)：2402328