發(fā)布時(shí)間：2017-09-17 12:12

  本文關(guān)鍵詞：循環(huán)飛行方案的軌道設(shè)計(jì)與優(yōu)化

  更多相關(guān)文章： 循環(huán)軌道 入軌 軌道轉(zhuǎn)移 停泊軌道 雙曲交會(huì)

【摘要】：循環(huán)軌道為周期性連續(xù)往返于兩個(gè)星體或多個(gè)星體間,且在星體附近繞飛而不做停留的軌道,運(yùn)行在這種軌道上的飛行器不需要軌道機(jī)動(dòng)或只需進(jìn)行少量軌道機(jī)動(dòng)即可運(yùn)載人員和物資往返于星體間,因此循環(huán)飛行方案被認(rèn)為是未來人類大規(guī)模航天運(yùn)載的一種長(zhǎng)期持續(xù)經(jīng)濟(jì)的軌道方案。本文以循環(huán)飛行方案的軌道為研究對(duì)象,分為循環(huán)飛行器的軌道設(shè)計(jì)、循環(huán)軌道入軌設(shè)計(jì)、停泊軌道設(shè)計(jì)、雙曲交會(huì)軌道設(shè)計(jì)四個(gè)專題進(jìn)行了研究,具體研究工作如下:研究了地月系統(tǒng)循環(huán)軌道的工程特性�；谄矫鎴A型限制性三體問題模型,根據(jù)軌道弧以及順行和逆行特征采用圓錐曲線拼接法設(shè)計(jì)了五類地月系統(tǒng)周期軌道。以地月系統(tǒng)循環(huán)軌道的工程約束為出發(fā)點(diǎn),從軌道周期、近地點(diǎn)高度、近月點(diǎn)高度、交會(huì)對(duì)接速度、軌道穩(wěn)定性等方面分析了這五類周期軌道的特性,最后確定了由內(nèi)圈S弧生成的順行周期軌道是最適合載人循環(huán)飛行方案的軌道,并從這類軌道中求解了月球雙曲線超速最小的軌道。研究了地火循環(huán)軌道修正問題。在簡(jiǎn)化模型下,逐次引入了地球引力和火星引力的影響,對(duì)軌道逐級(jí)修正;然后對(duì)遠(yuǎn)拱點(diǎn)機(jī)動(dòng)策略與借力機(jī)動(dòng)策略進(jìn)行了比較分析;最后在星歷模型下求解并優(yōu)化了2031年-2045年出航型Aldrin循環(huán)軌道。研究了地月系統(tǒng)兩脈沖入軌問題。首先通過數(shù)值方法求解了異面橢圓軌道間兩脈沖最優(yōu)解,作為三體模型下兩脈沖最優(yōu)轉(zhuǎn)移的初值;然后定義了停泊軌道與循環(huán)軌道的相位;最后在圓型限制性三體模型下通過打靶法和非線性規(guī)劃法對(duì)轉(zhuǎn)移軌道進(jìn)行了優(yōu)化,得到在三體模型下的最優(yōu)脈沖。研究了地火系統(tǒng)循環(huán)軌道入軌問題。將地火系統(tǒng)循環(huán)軌道分為了三個(gè)階段:小推力逃逸段,共振引力輔助加速段,通過自旋產(chǎn)生重力場(chǎng)段;然后著重研究了共振引力輔助技術(shù)在不同地火系統(tǒng)循環(huán)軌道入軌中的應(yīng)用。研究了兩端停泊循環(huán)軌道方案中停泊軌道的選擇問題。首先分析了攝動(dòng)對(duì)停泊軌道根數(shù)的影響,然后建立了五種機(jī)動(dòng)策略的模型,分別討論了這五種機(jī)動(dòng)策略下停泊軌道解的存在性,最后以一次典型的地火往返任務(wù)為例,對(duì)五種機(jī)動(dòng)策略進(jìn)行了對(duì)比分析。研究了循環(huán)軌道方案中星際轉(zhuǎn)移飛行器與運(yùn)載飛船的雙曲交會(huì)問題。首先推導(dǎo)出了固定交會(huì)點(diǎn)圓軌道和雙曲線軌道間兩脈沖終端正切最優(yōu)轉(zhuǎn)移的解析解。然后通過計(jì)算所有可行的交會(huì)點(diǎn),尋找到最優(yōu)轉(zhuǎn)移區(qū)間。最后加入轉(zhuǎn)移時(shí)間和對(duì)接時(shí)間兩個(gè)時(shí)間約束對(duì)雙曲交會(huì)對(duì)接進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),提出了正切交會(huì)正切分離和正切交會(huì)非正切分離的兩種機(jī)動(dòng)策略。
【關(guān)鍵詞】：循環(huán)軌道 入軌 軌道轉(zhuǎn)移 停泊軌道 雙曲交會(huì)
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V412.41
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-16
• 第1章 緒論16-39
• 1.1 研究背景與意義16-19
• 1.1.1 國(guó)外載人月球和火星探測(cè)計(jì)劃16-18
• 1.1.2 我國(guó)載人月球和火星探測(cè)計(jì)劃18-19
• 1.2 載人飛行方案概述19-25
• 1.2.1 載人登月飛行方案研究進(jìn)展19-21
• 1.2.2 載人登火飛行方案研究進(jìn)展21-22
• 1.2.3 循環(huán)飛行方案概述22-25
• 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與分析25-35
• 1.3.1 地月系統(tǒng)循環(huán)軌道建模分析25-32
• 1.3.2 地火系統(tǒng)循環(huán)軌道設(shè)計(jì)研究進(jìn)展32-33
• 1.3.3 脈沖轉(zhuǎn)移與交會(huì)軌道優(yōu)化33-35
• 1.4 存在的問題和本文研究?jī)?nèi)容35-39
• 1.4.1 存在的問題35-37
• 1.4.2 本文研究?jī)?nèi)容37-39
• 第2章 軌道基礎(chǔ)理論39-51
• 2.1 軌道設(shè)計(jì)的模型39
• 2.2 圓型限制性三體模型39-40
• 2.3 圓型限制性三體模型正則化40-41
• 2.4 慣性坐標(biāo)系與會(huì)合坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換41-43
• 2.5 軌道修正方法43-51
• 2.5.1 狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣44-45
• 2.5.2 微分修正45-46
• 2.5.3 單重打靶法46-47
• 2.5.4 多重打靶法47-49
• 2.5.5 延拓法49-51
• 第3章 地月系統(tǒng)循環(huán)軌道設(shè)計(jì)51-62
• 3.1 動(dòng)力學(xué)模型51
• 3.2 軌道特征參數(shù)51-53
• 3.2.1 軌道尺度51-52
• 3.2.2 軌道類型52-53
• 3.2.3 軌道穩(wěn)定性53
• 3.3 軌道計(jì)算方法53-58
• 3.3.1 初值條件53-54
• 3.3.2 時(shí)間條件54-55
• 3.3.3 計(jì)算步驟55-58
• 3.4 軌道特性分析58-60
• 3.5 最佳方案求解60-61
• 3.6 本章小結(jié)61-62
• 第4章 地火系統(tǒng)循環(huán)軌道修正62-73
• 4.1 初步設(shè)計(jì)的模型62-64
• 4.2 Aldrin循環(huán)軌道的初步設(shè)計(jì)64-65
• 4.3 Aldrin循環(huán)軌道的修正65-70
• 4.3.1 地球引力輔助軌道修正65-67
• 4.3.2 火星引力輔助軌道修正67-69
• 4.3.3 中途機(jī)動(dòng)軌道修正69-70
• 4.4 Aldrin軌道的優(yōu)化70-72
• 4.5 本章小結(jié)72-73
• 第5章 地月系統(tǒng)循環(huán)軌道入軌設(shè)計(jì)73-83
• 5.1 入軌軌道初值猜測(cè)73-77
• 5.1.1 最優(yōu)兩脈沖轉(zhuǎn)移問題建模73-76
• 5.1.2 最優(yōu)兩脈沖轉(zhuǎn)移問題的求解76
• 5.1.3 RCS到ECI坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換76-77
• 5.2 入軌軌道初值修正77-78
• 5.2.1 參考軌道77-78
• 5.2.2 修正方法78
• 5.3 入軌軌道優(yōu)化78-80
• 5.3.1 軌道相位角78-79
• 5.3.2 問題描述79-80
• 5.3.3 問題求解80
• 5.4 算例分析80-82
• 5.5 本章小結(jié)82-83
• 第6章 地火循環(huán)軌道入軌設(shè)計(jì)83-89
• 6.1 共振引力輔助模型83-86
• 6.2 問題描述86-87
• 6.3 算例分析87-88
• 6.4 本章小結(jié)88-89
• 第7章 停泊軌道設(shè)計(jì)89-114
• 7.1 問題提出90
• 7.2 攝動(dòng)模型90-93
• 7.3 軌道確定93-97
• 7.3.1 雙曲線軌道確定93-96
• 7.3.2 停泊軌道確定96-97
• 7.4 機(jī)動(dòng)策略建模97-99
• 7.4.1 機(jī)動(dòng)策略A97-98
• 7.4.2 機(jī)動(dòng)策略B98
• 7.4.3 機(jī)動(dòng)策略C98
• 7.4.4 機(jī)動(dòng)策略D98
• 7.4.5 機(jī)動(dòng)策略E98-99
• 7.5 速度增量確定99-100
• 7.5.1 近拱點(diǎn)切向機(jī)動(dòng)99-100
• 7.5.23D機(jī)動(dòng)100
• 7.5.3 軌道傾角調(diào)整機(jī)動(dòng)100
• 7.5.4 遠(yuǎn)拱點(diǎn)扭轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)100
• 7.6 機(jī)動(dòng)策略解及其存在性100-106
• 7.7 機(jī)動(dòng)策略的特性及對(duì)比分析106-112
• 7.7.1 機(jī)動(dòng)策略A與C的關(guān)系106-108
• 7.7.2 機(jī)動(dòng)策略B與C的關(guān)系108-110
• 7.7.3 機(jī)動(dòng)策略C的特性分析110-111
• 7.7.4 機(jī)動(dòng)策略C、D和E的對(duì)比分析111-112
• 7.8 本章小結(jié)112-114
• 第8章 雙曲交會(huì)方案設(shè)計(jì)114-134
• 8.1 問題提出114-115
• 8.2 終端正切轉(zhuǎn)移軌道的存在條件115-118
• 8.3 終端正切雙脈沖轉(zhuǎn)移最優(yōu)解118-125
• 8.3.1 速度增量的表達(dá)式118-119
• 8.3.2 終端正切最優(yōu)雙脈沖轉(zhuǎn)移的極值點(diǎn)119-121
• 8.3.3 終端正切最優(yōu)雙脈沖轉(zhuǎn)移的解析解121-125
• 8.4 終端正切轉(zhuǎn)移走廊125-127
• 8.5 雙曲交會(huì)任務(wù)的時(shí)間約束127-129
• 8.5.1 轉(zhuǎn)移時(shí)間約束127-128
• 8.5.2 對(duì)接任務(wù)時(shí)間約束128-129
• 8.6 雙曲正切交會(huì)任務(wù)優(yōu)化129-132
• 8.6.1 正切交會(huì)正切分離130-131
• 8.6.2 正切交會(huì)非正切分離131-132
• 8.7 本章小結(jié)132-134
• 結(jié)論與展望134-137
• 參考文獻(xiàn)137-147
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單147-148
• 致謝148-149
• 作者簡(jiǎn)介149

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 李楨;周建平;李海陽;;地球—火星循環(huán)軌道研究[J];導(dǎo)彈與航天運(yùn)載技術(shù);2010年01期

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本文編號(hào)：869324