精确动力学模型下的火星探测轨道设计

doi:10.3780/j.issn.1000-758X.2011.01.002

›› 2011, Vol. 31 ›› Issue (1): 8-15.doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2011.01.002

精确动力学模型下的火星探测轨道设计

陈杨, 赵国强, 宝音贺西, 李俊峰

（清华大学航天航空学院，北京 100084)

修回日期:2010-08-16 出版日期:2011-02-25 发布日期:2011-02-25
通讯作者: 陈杨联系地址：北京清华大学航天航空学院，邮编 100084 E-mail:chenyang@126.com
作者简介:陈杨 1986年生，2009年毕业于清华大学航天航空学院，现于清华大学攻读飞行器设计专业硕士学位。研究方向为深空探测轨道设计与优化。
基金资助:
国家自然科学基金（10832004）

Orbit Design for Mars Exploration by the Accurate Dynamic Model

CHEN Yang, ZHAO Guo-Qiang, BAOYin He-Xi, LI Jun-Feng

(School of Aerospace Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084)

Revised:2010-08-16 Published:2011-02-25 Online:2011-02-25

摘要/Abstract

摘要： 首先在二体意义下采用粒子群优化算法（PSO）求解Lambert问题，确定发射窗口和二体地火转移轨道。使用圆锥曲线拼接法设计地心停泊轨道、逃逸轨道，并作为轨道精确设计的初值，以建立在火星的B平面参数和地火转移时间为约束，在精确动力学模型下进行微分迭代修正，最终得到满足约束的精确轨道。将设计轨道在STK软件中仿真，结果吻合。

关键词: 二体问题, 微分迭代, 轨道设计, 精确动力学模型, 火星探测器, 仿真

Abstract: The precision orbit design for Mars exploration by the accurate dynamic model was studied. The launch window and trans-Mars orbit was determined through the partical swarm optimization (PSO) algorithm within the heliocentric two-body restriction. The patched conics method was introduced to design the earth-centred parking orbit and departure hyperbolic orbit. The solution of two-body Lambert problem was input as initial value for precision orbit design, and the preliminary orbit was corrected with the restrictions of the Mars B-plane parameters and flight time by the accurate dynamic model. Finally the designed orbit was simulated with the STK softwares.

Key words: Two-body problem, Differential iteration, Orbit design, Precision dynamic model, Mars probe, Simulation

陈杨, 赵国强, 宝音贺西, 李俊峰. 精确动力学模型下的火星探测轨道设计[J]. , 2011, 31(1): 8-15.

CHEN Yang, ZHAO Guo-Qiang, BAOYin He-Xi, LI Jun-Feng. Orbit Design for Mars Exploration by the Accurate Dynamic Model[J]. , 2011, 31(1): 8-15.

参考文献

［1］KITZNER W. A method of describing miss distances for lunar and interplanetary trajectories[J]. Planetary and Space Science, 1961(7): 125-131. ［2］RAOFI B, BHAT R S, HELFRICH C. Propulsive maneuver design for the 2007 Mars phoenix lander mission[C]. AIAA/AAS Astrodynamics Specialist Conference and Exhibit, Honolulu, Hawaii, 2008. ［3］ROBIN M VAUGHAN, PIETER H KALLEMEYN JR, DAVID A. Spencer and Robert D. Braun. Navigation flight operations for mars pathfinder[J]. Journal of Spacecraft and Rockets, 1999, 36(3): 340-347. ［4］HOWARD D CURITS. Orbital mechanics for engineering students[M]. Elsevier Butterworth Heinemann, 2005. ［5］BATTIN R H. An introduction to the mathematics and methods of astrodynamics[M]. American Institute of Aeronautics and Astronautics, 1987. ［6］HOWARD D CURITS. Orbital mechanics for engineering students[M]. Elsevier Butterworth Heinemann, 2005. ［7］STEPHEN KEMBLE. Interplanetary mission analysis and design[M]. Berlin; New York, Springer; Chichester: Praxis Publishing, 2006. ［8］严辉, 吴宏鑫. 月球探测器轨道设计与地面观测弧[J]. 宇航学报, 1998, 19 (4): 70-74. YAN HUI, WU HONGXIN. Lunar trajectories and tracking arcs[J]. Journal of Astronautics, 1998, 19 (4): 70-74. ［9］谷立祥, 刘竹生. 使用遗传算法和B平面参数进行月球探测器转移轨道设计[J]. 导弹与航天运载技术, 2003, (3): 1-5.GU LIXIANG, LIU ZHUSHENG. Lunar trajectory design with GA and B-plane parameters[J]. Missiles and Space Vehicles, 2003 (3): 1-5. ［10］张晓文, 王大轶, 黄翔宇. 深空探测转移轨道自主中途修正方法研究[J]. 空间控制技术与应用, 2009, 35 (4): 27-33.ZHANG XIAOWEN, WANG DAYI, HUANG XIANGYU. Study on the autonomous midcourse correction during cruise phase of interplanetary exploration[J]. Aerospace Control and Application, 2009, 35 (4):27-33. ［11］张旭辉, 刘竹生. 火星探测器轨道设计与优化技术[J]. 导弹与航天运载技术, 2008(2): 15-23. ZHANG XUHUI, LIU ZHUSHENG. Trajectory design and optimization of mars satellite[J]. Missiles and Space Vehicles, 2008 (2): 15-23. ［12］高飞, 苏宪程. 火星探测器发射时机分析[J]. 装备技术指挥学院学报, 2009, 20 (4): 59-64.GAO FEI, SU XIANCHENG. Analysis of launch/arrival strategy for Mars probe[J]. Journal of the Academy of Equipment Command & Technology, 2009, 20 (4): 59-64. ［13］朱丽莉, 杨志鹏, 袁华. 粒子群优化算法分析及研究进展[J]. 计算机工程与应用, 2007, 43 (5): 24-27.ZHU LILI, YANG ZHIPENG, YUAN HUA. Analysis and development of particle swarm optimization[J]. Computer Engineering and Applications, 2007, 43 (5): 24-27. ［14］魏剑, 徐世杰. 火星探测器轨道运动建模的时空基准转换研究[J]. 中国空间科学技术, 2009, 29(2): 65-71. WEI JIAN, XU SHIJIE. Study of the timespace bench transformation of mars probe orbital motion modeling[J]. Chinese Space Science and Technology, 2009, 29(2): 65-71. ［15］JEFFREY S PARKER. The Bplane and its applications in interplanetary mission design[R]. Colorado: Jet Propulsion Laboratory, 2008.

[1]	董宜承, 王伟宗, 张金瑞, 齐岳, 闫家启. 基于等离子体磁壳的行星探测器制动机理研究[J]. 中国空间科学技术, 2022, 42(6): 35-45.
[2]	杨孟飞, 代树武, 王颖, 朱成林, 杨尚斌, 张也弛. 太阳空间探测进展与展望[J]. 中国空间科学技术, 2022, 42(5): 1-10.
[3]	信思博, 赵训友, 郑艺裕, 李绿萍. 深空探测器在轨推力器参数辨识方法[J]. 中国空间科学技术, 2021, 41(6): 72-78.
[4]	贺波勇, 马鹏斌, 杜卫兵, 李恒年. 部署retro-GEO巡视器的月球借力飞行轨道分析[J]. 中国空间科学技术, 2021, 41(3): 9-15.
[5]	陆林, 李海阳, 刘将辉, 杨路易. 载人月球极地探测定点返回轨道设计[J]. 中国空间科学技术, 2020, 40(5): 61-71.
[6]	卫国宁, 骆剑, 康志宇, 唐生勇, 陈晓光. 一种星下点精确重访约束下的轨道设计方法[J]. , 2016, 36(4): 67-.
[7]	刘涛, 南英, 胡海龙. 升力式火星探测器进入轨迹优化设计仿真[J]. , 2015, 35(6): 82-.
[8]	陈建平, 张红英, 童明波. 翼伞系统纵向飞行性能分析[J]. , 2015, 35(2): 25-.
[9]	陈娟娟, 张天平, 贾艳辉, 吴辰宸. LIPS300离子推力器加速栅电压的优化设计[J]. , 2015, 35(2): 70-.
[10]	杨洪伟, 陈杨, 宝音贺西, 李俊峰. 精确动力学模型中的行星引力辅助轨道设计[J]. , 2013, 33(2): 1-6.
[11]	曹建峰, 胡松杰, 黄勇, 刘磊, 刘勇, 唐歌实, 李勰. “嫦娥二号”卫星拓展试验轨道计算中心天体的选取[J]. , 2013, 33(2): 13-18.
[12]	武江凯, 王开强, 张柏楠, 白明生, 李志海. 载人小行星探测轨道设计[J]. , 2013, 33(1): 1-6.
[13]	刘磊, 刘勇, 曹建峰, 唐歌实, 胡松杰. Halo轨道族延拓方法及特性研究[J]. , 2013, 33(1): 30-36.
[14]	赵国强, 宝音贺西, 李俊峰. 基于B平面的火星探测直接转移轨道设计方法[J]. , 2012, 32(1): 1-7.
[15]	程兴, 史晓宁, 崔乃刚. 基于逆多项式轨迹成形法的小推力轨道设计[J]. , 2011, 31(6): 1-7.

精确动力学模型下的火星探测轨道设计

Orbit Design for Mars Exploration by the Accurate Dynamic Model

PDF (PC)

可视化

被引次数

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价