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《載人登月多段自由返回軌道及受攝交會(huì)問題研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。
1、載人登月多段自由返回軌道及?受攝交會(huì)問題研究?(申請(qǐng)清華大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文)?培養(yǎng)單位：航天航空學(xué)院學(xué)科：航空宇航科學(xué)與技術(shù)研究生：李京陽指導(dǎo)教師：寶音賀西教授聯(lián)合導(dǎo)師：王翔研究員二○一五年三月ResearchonMulti-SegmentLunarFree-ReturnTrajectoriesandPerturbedAutonomousRendezvousGuidanceDesignforHumanLunarMissionDissertationSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfill
2、mentoftherequirementforthedegreeofDoctorofPhilosophyinAeronauticalandAstronauticalScienceandTechnologybyLiJingyangDissertationSupervisor:ProfessorBaoyinHexiAssociateSupervisor:ProfessorWangXiangMarch,2015摘要摘??要?載人登月是人類文明演化至今最為尖端的科技工程，它展現(xiàn)的是一個(gè)國(guó)家強(qiáng)大的科技、政治、軍事以及經(jīng)濟(jì)實(shí)力，彰顯的是國(guó)家和民族對(duì)未
3、知世界探索的強(qiáng)烈渴望。本世紀(jì)初葉，美國(guó)Constellation計(jì)劃、歐洲Aurora計(jì)劃以及中國(guó)探月工程計(jì)劃的相繼提出，徹底拉開了人類重返外太空的序幕，載人登月也被賦予了全新的涵義和使命。探測(cè)內(nèi)容的多樣化，軌道設(shè)計(jì)的復(fù)雜精細(xì)化，宇航員安全保障的突出化，進(jìn)一步加大了載人登月工程任務(wù)設(shè)計(jì)的復(fù)雜度與難度。本文應(yīng)時(shí)代背景，嘗試解決工程任務(wù)設(shè)計(jì)中所遇到的軌道動(dòng)力學(xué)問題，研究了精細(xì)模型下月球附近交會(huì)對(duì)接和全月面覆蓋變軌策略，提出了全程可自由返回的載人多段自由返回軌道，并確定了地月轉(zhuǎn)移新型軌道設(shè)計(jì)方案。在地月轉(zhuǎn)移新型軌道設(shè)計(jì)研究中，本文針對(duì)地球高緯度
4、再入提出基于拱線偏置的返回軌道設(shè)計(jì)方案，確定了影響再入點(diǎn)方位和再入航程的主要設(shè)計(jì)參數(shù)；改進(jìn)了圓錐曲線拼接模型下影響球處軌跡狀態(tài)求解算法，合理避開影響球處初值猜測(cè)，減少了數(shù)值修正，提高了計(jì)算效率。在多段自由返回軌道研究中，本文強(qiáng)調(diào)軌道設(shè)計(jì)的靈活度和故障返回的可行度。經(jīng)典自由返回軌道設(shè)計(jì)難度大、發(fā)射窗口窄，無法有效保證光照和測(cè)控要求的滿足；Hybrid軌道雖設(shè)計(jì)靈活、窗口較寬，但犧牲了安全屬性；多段自由返回軌道兼收并蓄，軌道設(shè)計(jì)不僅靈活且滿足無動(dòng)力故障返回。本文在圓錐曲線拼接模型下完成多段軌道定義，在次高精度偽狀態(tài)模型下，完成軌道解析建模與特
5、性分析。數(shù)值計(jì)算表明偽狀態(tài)模型誤差僅為圓錐曲線拼接模型誤差的10%。在月球附近交會(huì)對(duì)接控制策略研究中，本文強(qiáng)調(diào)規(guī)劃算法的精確性與時(shí)效性。提出三步迭代法，完成控制策略由C-W模型、二體模型到高精度模型的演化，并比對(duì)遺傳算法，證明了三步迭代法的最優(yōu)性。引入J2攝動(dòng)模型，完成局部最優(yōu)控制策略的解析構(gòu)建，顯著減小了因C-W模型不精確帶來的法向變軌誤差，并有效避免了因多步迭代帶來的時(shí)間損耗。數(shù)值計(jì)算表明，交會(huì)終端位置誤差僅為C-W模型的誤差的1%；脈沖近似解可有效轉(zhuǎn)變?yōu)橛邢尥屏?。在全月面覆蓋控制策略研究中，本文關(guān)注規(guī)劃算法的合理性與故障返回的可行
6、性。提出基于多段自由返回軌道的多脈沖控制策略。數(shù)值仿真表明，全月面覆蓋所需總脈沖消耗小于2.6km/s，多段中途轉(zhuǎn)移脈沖消耗小于0.4km/s。關(guān)鍵詞：載人登月；高緯度再入；多段自由返回；交會(huì)對(duì)接；全月面覆蓋IAbstractAbstractHumanlunarexplorationmissionisthemostsophisticatedandhigh-techEngineeringprograminhistoryofhumanbeing.Thisbehaviordemonstratesthenation’spowerinscience
7、,technology,politics,militaryandeconomicareas,anddemonstratesthenationalpursuetounknownworld.Atthebeginningofthiscentury,thelunarexplorationprogramsConstellation,AuroraandChang’eareproposedbyNASA,ESAandCAST,respectively.Thisbehaviorcompletelyopensthepreludeofhumanbeingret
8、urntointerstellar,andgivesnewrequirementstohumanlunarmission.Intheserequirements,morecontentssho
