月球探测器转移轨道的特性分析_周文艳.pdf

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第卷第期空间科学学报245No5olV24

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年月20049SePt,2C0H04INESEJOURNALOFSPACESCIENCE

月球探测器转移轨道的特性分析

周文艳杨维廉
(中国空间技术研究院总体部北京10086)

摘要

主要分析了月球探测器由近地点出发,在假定末端条件不变的情况下,其转移轨道的特
性参数对初始条件和变轨所需的速度脉冲等的影响;考虑的特性参数的变化包括转移轨道倾

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角的变化,近地点高度的变化和转移时间的不同
关键词转移轨道;近地点高度;转移时间;轨道倾角;速度脉冲

1引言

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我国的月球探测卫星工程已经正式启动对我国来说这是一个新的航天使命,与以前

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的卫星工程项目有很大的不同根据目前的设计,卫星的轨道飞行程序是:先由我国比较
成熟可靠的运载火箭长征3号甲将卫星送入地球超同步转移轨道,然后由卫星的轨道控
制系统在近地点进行两次大的轨道机动逐步增大远地点的高度,在完成了这个调相轨道段
以后在近地点再作一次轨道机动,使卫星进入飞向月球的地月转移轨道段,在这个轨道段

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飞行5天后卫星达到离月球的最近点(近月点)这时的卫星运行在近似的双曲线轨道上

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在近月点必须作一次大的减速轨道机动,使其变为绕月的椭圆,否则卫星将飞离月球然

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后再作两次大的减速机动使其变为最终的高度20km的圆形使命轨道在这个复杂的轨
道飞行过程中最重要的是地月转移轨道段,因为要同时考虑地球、月球、太阳对卫星的引

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力,对我国的航天界这是一个新的问题地月转移轨道的选择和设计除了有一定的理论难
度外更主要的是要考虑工程大系统的各种因素的要求和制约,因此有必要对转移轨道的

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特性参数进行分析,选择工程适用的特性参数值转移轨道的选择在很大程度上考虑它的
能量需求,即近地点的速度要求以及在近月点的减速机动的需求,考虑对地面测控的适应

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程度等等本文分析计算了转移轨道近地点高度、转移轨道飞行时间和轨道倾角变化引起
的总的速度增量需求的变化,同时也分析了不同的飞行时间对地面测控系统的影响,在此

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基础上提出了对转移轨道选择的一些结论性看法

2月球探测器转移轨道的精确计算方法

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本文采用的精确计算方法是基于参考文献【l]得到的与文献【l]中不同的是始终采
用地心惯性坐标系,计算过程中考虑了地球几项引力摄动,月球和太阳作为质点对探测

2004一02一06收到原稿,200今07一09收到修定稿
期周文艳等月球探测器转5移轨道的特性分析:355

、.
器的影响日月位置由得到用到的坐标系有;地心惯性坐标系450月心平移DE惯性[zJ

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坐标系和月心赤道坐标系

、
图探测器月球和太阳在地心惯性坐标系中的位置1

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,moonandsunintheearthee1nterinertiFaligsystemPositionofspaeeeraft

,、、,
OM,S和尸分别代表地球月球太阳和探测器它们在地心惯性坐标系中的关

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系如图1所示月球、太阳和探测器相对于地心的矢径分别为,m、,。和仁二md和八d分

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别表示探测器到月球和太阳的矢径

3特性分析

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假设探测器于2004年8月27日02500进入地月转移轨道末端条件为近月点高度

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200km,月球轨道为极月轨道
&1轨道倾角的影响

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对于地球卫星,轨道倾角是个很重要的轨道参数,它的影响面很广在选择地月转移

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轨道倾角时我们所关心的重要问题是总能量(即总的速度)的需求与轨道倾角选择的关

,,,,
系因此针对近地点高度20km转移时间120h轨道倾角乞由o0一180变化解出满

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足末端条件的转移轨道,近地点速度vp和轨道倾角乞的关系如图2所示结果显示,轨

.,,
道倾角`从o0一180变化引起近地点速度的变化约为000043km/s可见轨道倾角对

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近地点速度的影响很小,因此对近地点加速脉冲的影响可以忽略不计

,,
探测器到达近月点时还需要对探测器施加一个制动的减速脉冲d:m使其变为200km

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高的月球卫星月球附近的制动脉冲和轨道倾角的关系如图3所示轨道倾角从o0一150

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变化近月点制动脉冲的变化约为015km/5

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我们所关心的能量问题就是近地点和近月点的两个脉冲速度增量的总和由于近地

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点的速度增量与倾角基本上无关,近月点速度脉冲就决定了这个总的速度增量于是由图

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3可以看出轨道倾角在30左右总的速度脉冲最小本文算例所计算的最小近月点制动

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脉冲对应的轨道倾角为260
由此可以得到以下结论:轨道倾角对近月点的速度影响比较大,转移轨道倾角在约

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30“时,所需要的速度脉冲比较小
空间科356学学报卷24

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