本文關(guān)鍵詞：深空探測器的軌道設(shè)計與優(yōu)化，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與航天活動的迅速發(fā)展,深空探測越來越受到人們的重視,其中軌道設(shè)計與優(yōu)化技術(shù)是實現(xiàn)深空探測任務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)之一。與近地衛(wèi)星的軌道設(shè)計相比,深空探測器的軌道設(shè)計要復(fù)雜得多,對同一目標(biāo)軌道可有多種轉(zhuǎn)移軌道方案。本文重點對深空探測任務(wù)的軌道設(shè)計與優(yōu)化問題進(jìn)行了研究。 首先,論文研究了不帶深空機動的多天體交會借力飛行軌道設(shè)計方法,基于圓錐曲線拼接法和最小能量要求,給出快速尋找轉(zhuǎn)移軌道方案的P-Rp圖解法;通過求解蘭伯特問題繪制Pork-Chop能量等高線圖,基于飛入借力天體的能量(目標(biāo)C3)和飛出借力天體的能量(C3)匹配原則確定發(fā)射窗口,利用窮舉式搜索法得到C3能量全局最小的多天體交會發(fā)射機會,設(shè)計日心轉(zhuǎn)移軌道和地球逃逸軌道;同時為提高搜索發(fā)射窗口的效率,本文利用遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化,大大節(jié)省了計算時間,對大規(guī)模發(fā)射時間段的搜索效果將更加顯著。 其次,以太陽高緯探測器的軌道設(shè)計為例,運用以上方法進(jìn)行借力飛行軌道的設(shè)計和優(yōu)化分析。利用P-Rp圖解法設(shè)計可能的轉(zhuǎn)移軌道方案,根據(jù)Pork-Chop圖法分別求得各方案的最優(yōu)發(fā)射機會,之后進(jìn)行軌道優(yōu)化。結(jié)果表明,若采用外行星借力,“地球-木星借力”方案可得到太陽極軌目標(biāo)軌道,但發(fā)射能量高,飛行時間長;若采用內(nèi)行星借力,有“地球-金星三次借力”、“地球-金星-火星-地球三次借力”兩種軌道方案,均可得到太陽緯度30度左右的目標(biāo)軌道,發(fā)射能量低,飛行時間短,但是只能觀測太陽中緯的近日空間。 再次,以月球探測器的極軌軌道設(shè)計為例,采用微分修正法求解N體問題,基于STK進(jìn)行精確引力模型下的軌道優(yōu)化設(shè)計。按照二體模型平面分析法進(jìn)行初步軌道設(shè)計,給出探測器的發(fā)射時刻、停泊軌道運行時間和逃逸脈沖等控制參數(shù)的初值,以月球B平面參數(shù)為目標(biāo)約束,多次迭代計算得到優(yōu)化的軌道。 最后,本文對到達(dá)太陽系八大行星的可能轉(zhuǎn)移軌道方案分別進(jìn)行了搜索,計算出大致的飛行時間,并在給定能量約束的情況下按照飛行時間最短選取最優(yōu)軌道方案。同時為將來軌道設(shè)計工作的需要,本文初步建立了軌道資料庫,把各種軌道方案按數(shù)據(jù)庫方式存儲起來,其內(nèi)容隨著后續(xù)工作逐步擴(kuò)充和完善。
【關(guān)鍵詞】：深空探測 借力飛行 軌道設(shè)計 軌道優(yōu)化 太陽高緯探測器
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院（空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心）
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2006
【分類號】：V412.41
【目錄】：

• 第1章 緒論10-23
• 1.1 課題背景及意義10-12
• 1.2 國內(nèi)外深空探測活動的發(fā)展歷史及趨勢12-16
• 1.3 國內(nèi)外深空軌道設(shè)計技術(shù)的研究狀況16-20
• 1.4 本文工作與課題創(chuàng)新點20-23
• 第2章 空間飛行器的軌道動力學(xué)23-33
• 2.1 常用坐標(biāo)系23-26
• 2.2 二體問題26-28
• 2.3 軌道根數(shù)及其幾何意義28-29
• 2.4 N 體問題29-32
• 2.5 小結(jié)32-33
• 第3章 深空探測軌道設(shè)計與優(yōu)化方法33-63
• 3.1 圓錐曲線拼接法33-40
• 3.2 借力飛行軌道設(shè)計40-54
• 3.3 軌道優(yōu)化54-62
• 3.4 小結(jié)62-63
• 第4章 太陽高緯探測器的軌道設(shè)計與優(yōu)化63-86
• 4.1 任務(wù)背景及分析63-66
• 4.2 外行星借力方案的軌道設(shè)計與優(yōu)化66-76
• 4.3 內(nèi)行星借力方案的軌道設(shè)計與優(yōu)化76-84
• 4.4 小結(jié)84-86
• 第5章 月球探測器的軌道設(shè)計與優(yōu)化86-96
• 5.1 任務(wù)背景及分析86-89
• 5.2 基于STK 的精確模型軌道設(shè)計89-95
• 5.3 小結(jié)95-96
• 第6章 初步建立深空探測軌道方案資料庫96-103
• 6.1 轉(zhuǎn)移軌道方案搜索96-98
• 6.2 飛行時間計算98-101
• 6.3 軌道資料庫界面開發(fā)101-102
• 6.4 小結(jié)102-103
• 第7章 結(jié)論103-105
• 參考文獻(xiàn)105-110
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文110-111
• 獨創(chuàng)性聲明111
• 關(guān)于論文使用授權(quán)的說明111-112
• 致謝112

【引證文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 李小玉;鄭建華;吳霞;;改進(jìn)的Tour-Map借力飛行圖形設(shè)計方法[J];北京航空航天大學(xué)學(xué)報;2012年11期

2 黃國強;陸宇平;南英;;飛行器軌跡優(yōu)化數(shù)值算法綜述[J];中國科學(xué):技術(shù)科學(xué);2012年09期

3 李志武;鄭建華;于錫崢;吳霞;;深空探測行星借力飛行軌道自動設(shè)計與仿真[J];計算機仿真;2009年06期

4 鄭建華;郭世姝;吳霞;李小玉;張藝騰;;螢火一號火星探測器軌道設(shè)計與科學(xué)探測事件分析[J];空間科學(xué)學(xué)報;2012年03期

5 戴光明;羅治情;石再明;彭雷;;用DE求解最小能量借力飛行問題[J];上海航天;2009年04期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 伊成俊;劉林;戴光明;羅剛橋;王立;史旺林;周璐;劉宇飛;;火星探測任務(wù)軌道設(shè)計[A];中國宇航學(xué)會深空探測技術(shù)專業(yè)委員會第七屆學(xué)術(shù)年會論文集[C];2010年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 高玉東;月球探測器地月空間轉(zhuǎn)移軌道研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2008年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 葛春生;深空探測器軌道設(shè)計與修正方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

  本文關(guān)鍵詞：深空探測器的軌道設(shè)計與優(yōu)化，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：424193