火星探測器的軌道設(shè)計與優(yōu)化.pdf

1、隨我國航天工程技術(shù)的不斷發(fā)展,火星探測已成為繼衛(wèi)星應(yīng)用、載人航天之后的又一重要航天技術(shù)發(fā)展領(lǐng)域。軌道設(shè)計是火星探測任務(wù)的核心技術(shù),關(guān)系到任務(wù)的進(jìn)程與成敗。本文根據(jù)火星探測的需求,以工程應(yīng)用上的問題為核心,系統(tǒng)研究了火星探測直接轉(zhuǎn)移軌道設(shè)計方法、中途修正和輔助變軌問題,其主要內(nèi)容為:
　　針對求解火星探測的直接轉(zhuǎn)移軌道問題,本文根據(jù)二體模型將其簡化成Lambert問題,推導(dǎo)了普適變量求解過程,并以發(fā)射和飛行時間為變量,采用遺傳算法和

2、序列二次規(guī)劃的混合搜索2013年火星探測的最小能量的發(fā)射窗口。以最優(yōu)解設(shè)計日心轉(zhuǎn)移軌道、地球逃逸軌道,并選取了發(fā)射場的發(fā)射角,并根據(jù)上述初值進(jìn)行了STK可視化仿真。
　　針對火星探測的轉(zhuǎn)移軌道優(yōu)化問題,首先研究了系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣,利用協(xié)方差分析法對轉(zhuǎn)移軌道過程中涉及到的誤差進(jìn)行理論分析,并采用B平面參數(shù)描述火星軌道面的終端參數(shù);其次推導(dǎo)了一種快速微分修正算法來軌道精確設(shè)計,與傳統(tǒng)方法相比更適用于導(dǎo)航計算和誤差分析,最后在日心轉(zhuǎn)移

3、軌道過程中進(jìn)行多次修正,采用間距比理論對修正時機進(jìn)行理論分析,其結(jié)果具有一定的參考價值,通過固定誤差源,考察修正速度與終端誤差的關(guān)系,選取修正時機后進(jìn)行蒙特卡洛仿真,給出了探測器在一定概率下的終端位置精度。
　　針對探測器到達(dá)影響球后變軌問題進(jìn)行研究。首先,給出了直接制動和大氣輔助兩種軌道捕獲方式的過程,比較兩種方式的任務(wù)耗時與燃料消耗因素,工程應(yīng)用中應(yīng)按照實際情況來確定捕獲方式,又研究了借力飛行軌道設(shè)計,推導(dǎo)了飛越八大行星后探測