任务轨道设计

本文首先说明太空任务与轨道设计的关系 ,接着介绍轨道的基本性质。从地球重力势的观点看各种常用的绕地轨道 ,包括地球和太阳同步轨道及Molniya轨道。从扰动的观点看常用的星际轨道 ,包括LISA、ASTROD、SOHO轨道。最后对星际轨道设计 ,说明二点边界值问题的数值解法、飞掠星体的应用、最佳化的考虑 ,并用以设计 2 0 1 5年发射的ASTROD初步任务轨道。     

从地面发射月球探测器的窗口选择

典型的月球探测器飞行轨道包括地球停泊轨道段、地月转移轨道段、月球卫星轨道段和着月轨道段。首先介绍了设计从地面发射月球探测器轨道典型的约束条件;然后,借助于二体假设,建立解析表达式,分析各种约束对窗口选择的影响,给出了各轨道段概略的飞行时间和粗窗口;最后,利用精确的探测器轨道动力学模型,计算精窗口,并给出了一则算例,所得结论可为月球探测器轨道发射、轨道设计提供依据。     

月球卫星轨道力学综述

月球探测器的运动通常可分为3个阶段，这3个阶段分别对应3种不同类型的轨道：近地停泊轨道、向月飞行的过渡轨道与环月飞行的月球卫星轨道。近地停泊轨道实为一种地球卫星轨道；过渡轨道则涉及不同的过渡方式(大推力或小推力等)；环月飞行的月球卫星轨道则与地球卫星轨道有很多不同之处，它决不是地球卫星轨道的简单克隆。针对这一点，全面阐述月球卫星的轨道力学问题，特别是环月飞行中的一些热点问题，如轨道摄动解的构造、近月点高度的下降及其涉及的卫星轨道寿命、各种特殊卫星(如太阳同步卫星和冻结轨道卫星等)的轨道特征、月球卫星定轨等。     

限制性三体问题中摄动运动方程的坐标系选择

针对限制性三体问题,分别选取以中心天体和摄动体质心为坐标原点的惯性系,及以中心天体为坐标原点的非惯性系,讨论了不同坐标系下天体运动轨道描述的异同。利用运动天体轨道能量E的大小,可以确定受摄运动方程采用椭圆轨道根数还是采用双曲线轨道根数进行描述。为此,推导出一个关于轨道半长径和偏心率满足的临界关系判别式。结果表明,在摄动天体质量较大的情况下,非惯性系中存在大量轨道,这些轨道在原惯性坐标系中是稳定的椭圆轨道,转换到非惯性系中后却无法用椭圆轨道根数进行描述。只能引入双曲线轨道根数来描述轨道,由此将产生非惯性系下摄动运动方程轨道根数类型选择问题。最后,指出选择雅可比坐标系可以避免上述问题,并推导出适用于任意运动区域的具有统一形式的摄动函数展开式。     

利用Halo轨道仿真开展嫦娥四号中继星与月面设备干涉基线的研究

初步建立了嫦娥四号中继星的晕轨道(Halo轨道)数值模型,将其应用于空间低频射电天文观测的干涉测量仿真,以地月拉格朗日平动点L2区域的Halo轨道为基础,以发布的嫦娥四号中继星理论轨道为参考,校准和调整模型参数,通过时间和空间参考系统的变换,把轨道数据转换到L2点旋转坐标系.然后对比Halo轨道模型与理论轨道数据之间的...     

月球探测中转移轨道误差分析和中途修正计算

针对返回型月球探测器,基于月球探测中转移轨道的动力学特征和误差传递矩阵的性质,分别对地月转移轨道和月地转移轨道的误差传递特点进行了研究,并根据误差传递矩阵给出估算第1次中途轨道修正速度增量的线性公式.通过具体算例,给出在实际力学模型下月球探测中转移轨道误差传递性质,讨论了目标点和目标轨道两种不同的轨道修正方法的特点和适用情形,并结合再入约束条件对月地转移轨道第2次中途修正进行了分析和计算.     

任务轨道设计

本文首先说明太空任务与轨道设计的关系，接着介绍轨道的基本性质。从地球重力势的观点看各种常用的绕地轨道，包括地球和太阳同步轨道及Molniya轨道。从扰动的观点看常用的星际轨道，包括LISA，ASTROD，SOHO轨道。最后对星际轨道设计，说明二点边界值问题的数值解法，飞掠星体的应用，最佳化的考虑，并用以设计2015年发射的ASTROD初步任务轨道。     

利用太阳光压的大偏心率伴飞卫星轨道控制

提出了利用太阳帆进行大偏心率伴飞卫星轨道控制的方法.伴飞卫星围绕其惯量主轴做角速度恒定的自转,其惯量主轴在惯性系内指向保持不变.对伴飞卫星的控制分为轨道面的控制和轨道面内控制两部分.在控制过程中,优先考虑轨道面内的控制,在轨道面内控制不能进行(或者因为几何原因不能进行轨道面内控制)时,进行轨道面的控制.通过滑膜控制方法(Sliding Mode Control)计算轨道面内控制需要的控制力的方向和大小.得到需求的控制力要求后,推算出在控制过程中太阳帆相对于伴飞卫星主体的角度解析表达式.通过控制太阳帆的方向得到所需的不同的控制力.整个控制过程只针对伴飞卫星,主星处于自然飞行状态.最后对于这种控制方法进行数值验证.在无摄运动状态下通过控制系统进行伴飞轨道的轨道调整和误差消除,在考虑4阶非球形引力和第三体引力摄动情况下进行伴飞轨道的轨道维持.数值结果表明通过这种控制方法伴飞轨道能够保持轨道误差小于5 m.     

太阳同步卫星的控制现状及发展趋势

在介绍太阳同步轨道相关知识的基础上,着重分析了该轨道的高度因素,给出了当前在轨太阳同步卫星轨道高度的上下限,介绍了几种典型的低轨道太阳同步卫星,同时给出了太阳同步卫星轨道控制方法的发展状况及趋势,最后综述了当前国内外太阳同步轨道的轨控模式与维持策略。     

海王星特洛伊:回顾与新成员

目前观测到的海王星特洛伊天体已有17颗并已积累了较为精确的轨道数据,系统分析了这些天体轨道的动力学稳定性.数值结果表明:除去两个寿命短到只有数万年和百万年的临时海王星特洛伊,大部分天体在其轨道根数不确定范围内都可以存活至45亿年.大约有一半的海王星特洛伊在45亿年的时间内离开共振区,而逃离的途径是复杂动力学机制下轨道根数空间内缓慢的扩散.在半人马小行星群中识别并证认了一个新的海王星特洛伊天体2012 UW177,数值模拟表明该天体目前正在围绕海王星L4点的蝌蚪形轨道上运动.该天体大约在23万年前进入当前轨道,且未来将在该轨道停留至少130万年.约54°的倾角使得它的轨道成为最倾斜的轨道,并且使得该天体展现经由拟卫星轨道的复杂有趣的共轨轨道转换.     

上海65 m口径射电望远镜方位轨道力学分析

对上海65 m口径射电望远镜方位轨道进行了静态力学分析。用温克尔弹性地基梁模型对轨道承载弯矩及地基受力作了估算,用赫兹接触理论对滚轮与轨道接触面的接触应力作了分析计算,为合理选择轨道材料和制定轨道焊接工艺方案提供了设计理论依据。     

基于不同轨道高度iHCO通信卫星的CAPS星座优化研究

基于通信卫星的导航系统可以利用比地球静止轨道（Geostationary Earth Orbit,GEO）高约200 km的倾斜高圆轨道（inclined Highly Circular Orbit,iHCO）通信卫星组成导航星座.结合两种轨道高度的倾斜高圆轨道通信卫星,仿真分析了利用倾斜高圆轨道卫星组成的中国区域定位系统（Chinese Area Positioning System,CAPS）的导航性能,并讨论了利用倾斜高圆轨道卫星组成的中国区域定位系统实现中国区域覆盖的最佳星座布局.     

经过月球旁近的低能地月转移轨道

基于日、地、月构成的双圆问题(BCP,Bicircular Problem)研究了经过月球旁近的低能地月转移轨道,总结了这些轨道在相空间的分布特点.首先基于BCP模型,利用BCP系统的不变流形,搜索出经过月球旁近的低能地月转移轨道.然后把时间作为非自治系统相空间的增广维度,给出了能够反映出转移轨道在增广相空间分布情况的状态空间图,研究表明转移轨道以族的形式分布于相空间中,并且任意时刻都可以作为此类轨道的出发时刻.最后分析了不同转移轨道族各自速度增量、飞行时间以及系统能量的变化规律,分别得到了速度增量最优轨道族和飞行时间最优轨道族.     

引力常数随时间变化对双星(密近食双星)轨道演变的影响(圆形轨道情形)

研究了引力常数随时间变化对食双星轨道演变的影响。理论结果表明:轨道半径和轨道周期以线性形式随时间缩减,但无周期变化、圆形轨道的形状只有周期和混合长期项(Poisson项)。对5颗密近食双星的轨道半径和轨道周期的长期演变的上下限做了数值估计,并具体讨论了理论结果和其他效应的对比。     

探测双星轨道演变及定轨精度分析

探测双星是中国目前在轨运行的大椭圆轨道卫星.自发射以来,双星轨道不断演变,对定轨和预报精度产生了一定影响.定性定量地分析了探测双星的轨道演变规律.在当前的跟踪模式下,根据轨道演变的不同阶段分析了相应的定轨预报精度,从而为卫星应用部门调整计划模式,确保卫星有效载荷正常提供依据.最后,通过轨道演变的趋势预测了双星的轨道寿命.     

近地卫星轨道改进

本文介绍近地卫星轨道改进的计算过程,并给出云南天文台轨道改进计算和紫金山天文台轨道改进计算的一组比对结果。     

CAPS系统中iHCO卫星轨道演化分析

中国区域定位系统(Chinese Area Positioning System,CAPS)拟采用比地球静止轨道(Geostationary Earth Orbit,GEO)高150~300 km的倾斜高圆轨道(inclined Highly Circular Orbit,i HCO)卫星组建导航通信星座。分析了在多种摄动力和卫星入轨偏差作用下的倾斜高圆轨道卫星的轨道演化过程。该项工作可用于倾斜高圆轨道的优化设计,为利用倾斜高圆轨道卫星组建优良的中国区域定位系统导航通信星座提供参考。     

星基增强系统10参数广播星历拟合分析

为满足多种卫星轨道的应用需求,在星基增强系统新增的L5信号接口中重新设计了一种10参数星历模型。使用2016年北斗卫星系统地球同步轨道卫星、倾斜地球同步轨道卫星和中地球轨道卫星的精密轨道数据,在内符合精度、拟合成功率以及运算速度等方面,分别评估了10参数星历模型在这些卫星轨道上的拟合效果。试验结果表明,10参数星历模型可以保证10~(-3)cm左右的内符合精度。但地球同步轨道卫星和倾斜地球同步轨道卫星的拟合成功率分别为89.36%和99.17%。尝试去除idot参数以解决拟合失败的问题,结果表明,该处理可以实现100%的拟合成功率,但拟合误差有所上升,且对不同的轨道类型,拟合运算速度有不同程度的提升或下降。     

任意倾角的共轨运动研究

共轨运动天体与摄动天体的半长径相同,处于1:1平运动共振中.太阳系内多个行星的特洛伊天体即为处于蝌蚪形轨道的共轨运动天体,其中一些高轨道倾角特洛伊天体的轨道运动与来源仍未被完全理解.利用一个新发展的适用于处理1:1平运动共振的摄动函数展开方式,对三维空间中的共轨运动进行考察,计算不同初始轨道根数情况下共轨轨道的共振中心、共振宽度,分析轨道类型与初始轨道根数的关系.并将分析方法所得结果与数值方法的结果相互比较验证,得到了广阔初始轨道根数空间内共轨运动的全局图景.     

在近距双星系统中同步双星达到轨道圆形化时的轨道和自转演化的数值解和演化趋势

从非同步自转双星的轨道和自转的演化方程组推出同步双星的轨道和自转的演化方程组.用数值积分法给出演化方程组的数值解.计算同步自转双星EKCep达到轨道圆形化的时间和那时的轨道半长轴、轨道偏心率和主星自转角速度的演变数值.最后对轨道和自转的演化趋势做了推论.