[发明专利]航天器环月轨道交会对接的轨道设计方法

说明书

本发明涉及一种航天器环月轨道交会对接的轨道设计方法，包括步骤：a.采用脉冲变轨的降轨交会方式，建立航天器环月轨道交会对接的轨道机动数学模型；b.通过调相范围分析，确定航天器交会对接初始轨道远月点高度；c.在二体模型下估算脉冲变轨机动的初值，保证其在由二体模型和摄动力模型组成的精确模型下快速收敛；d.在所述精确模型下进行平面内变轨规划，计算得出平面内变轨的变轨参数；e.在所述精确模型下进行平面外变轨规划，计算得出平面外变轨的变轨参数；f.在所述精确模型下进行综合变轨规划，更新平面外变轨后的平面内变轨的变轨参数，得到环月轨道交会对接的轨道。

技术领域

本发明涉及载人航天器交会对接轨道设计技术领域，涉及一种航天器环月轨道交会对接的轨道设计方法，尤其是对航天器奔月过程环月轨道交会对接任务的全相位交会对接轨道设计方法。

背景技术

根据阿波罗登月工程的经验，载人登月任务若采用1次发射模式需要运载能力LEO百吨级的火箭，极大地增加了运载火箭的研制难度。为增加任务的可实施性，可减少运载火箭的运载能力，但需要将载人登月飞行器分为载人飞船和月面着陆器2部分分别送入地月转移轨道，并在环月轨道上交会对接。为区别阿波罗登月工程中登月舱在登月任务完成后月面上升与载人飞船的环月轨道交会对接，称月面着陆器和载人飞船分别完成地月转移并捕获环月轨道后进行的环月轨道交会对接为奔月过程环月轨道交会对接。

奔月过程环月轨道交会对接是一种新的交会对接类型，在世界上尚无先例，没有可供借鉴的交会对接轨道设计方案。此外，奔月过程环月轨道交会对接的初始状态为月面着陆器和载人飞船先后完成地月转移后分别捕获的环月轨道。由于月面着陆器和载人飞船的地月转移时机由地月转移轨道设计来确定，两者进入环月轨道的初始相位差不确定，因此奔月过程环月轨道交会对接要能够适应大范围的初始相位差变化。

目前，只有美国阿波罗登月工程实施了月面上升的环月轨道交会对接任务，但该类型交会对接与奔月过程环月轨道交会对接任务要求完全不同。国内目前已掌握了近地轨道交会对接相关核心技术；在探月三期工程中将突破无人环月轨道交会对接技术，但其也是从月面上升返回过程的环月轨道交会对接，并没有一种公开的针对奔月过程环月轨道交会对接设计方法。因此，迫切需要研究一种奔月过程环月轨道交会对接轨道设计方法，为我国未来载人登月计划交会对接轨道方案设计提供技术基础。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种针对奔月过程环月轨道交会对接任务的全相位交会对接轨道设计方法。

为实现上述发明目的，本发明提供一种航天器环月轨道交会对接的轨道设计方法，包括以下步骤：

a.采用脉冲变轨的降轨交会方式，建立航天器环月轨道交会对接的轨道机动数学模型；

b.通过调相范围分析，确定航天器交会对接初始轨道远月点高度；

c.在二体模型下估算脉冲变轨机动的初值，保证其在由二体模型和摄动力模型组成的精确模型下快速收敛；

d.在所述精确模型下进行平面内变轨规划，计算得出平面内变轨的变轨参数；

e.在所述精确模型下进行平面外变轨规划，计算得出平面外变轨的变轨参数；

f.在所述精确模型下进行综合变轨规划，更新平面外变轨后的平面内变轨的变轨参数，得到环月轨道交会对接的轨道。

根据本发明的一个方面，采用5脉冲变轨的降轨交会，其中第1、3和4次变轨为平面内变轨，第2次变轨为平面外变轨，第5次变轨为综合变轨。

根据本发明的一个方面，在所述a步骤中：

第1次变轨在近月点进行，降低远月点高度；第2次变轨为轨道面修正机动；

第3次变轨在远月点进行，降低近月点高度；

第4次变轨在近月点附近进行，进入圆化轨道，满足远程导引终端要求；