精确动力学模型下的火星探测器直接转移轨道设计
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- 论文作者：梁金金 ; 陆国平
- 年：2016
- 作者机构：上海航天技术研究院上海卫星工程研究所;
- 论文关键词：地火直接转移 ; Pork-Chop等高线 ; 圆锥曲线拼接 ; B平面 ; 微分修正
- 会议召开时间：2016-05-06
- 会议录名称：第十届动力学与控制学术会议摘要集
- 语种：中文
- 分类号：V476.4;V412.41
- 学会代码：AGLU
- 会议名称：第十届动力学与控制学术会议
- 会议地点：中国四川成都
- 主办单位：中国力学学会动力学与控制专业委员会
- 学会名称：中国力学学会
- 页数：1
- 文件大小：670k
- 原文格式：D
- 会议级别：全国
摘要
在2016~2021年间寻找发射机会,以总速度增量最小为指标,设计地球-火星直接转移轨道。本文假设地球停泊轨道为高度200km、轨道倾角28.5°的圆轨道,目标轨道为高度500km、倾角90°的火星绕飞轨道。轨道动力学模型考虑太阳、地球、火星的引力作用及地球J2项摄动。首先对发射窗口寻优。通过求解Lambert问题绘制步长5天的Pork-Chop等高线图,从中初步筛选出赤纬满足停泊倾角约束且总速度增量最小的窗口,将此窗口作为初值代入Matlab优化工具箱求解得到最优发射窗口,本文最优发射窗口为2020年7月26日8时57分7秒,微分修正前的总速度增量约为5.88km/s。然后进行初步轨道设计。采用圆锥曲线拼接法,获得探测器在地球停泊轨道的逃逸位置和逃逸速度的初始估计值。本文采用升段逃逸,逃逸脉冲作用点的升交点角距(由轨道节线度量至逃逸点的停泊轨道面内角)为327.73°,逃逸脉冲矢量(ECI描述)初步设计为[6.8899,-8.1038,4.6902]km/s,脉冲大小3.8407km/s。最后进行精确轨道设计。以火星B平面参数为目标约束,在精确动力学模型下进行微分迭代修正(逃逸位置不变,仅修正逃逸脉冲矢量)。精确动力学模型因中心天体不同而采用三段描述,分别为地心段、日心段和火心段。根据探测器的火星双曲线进入速度和目标环绕轨道要素计算标称B平面参数为Bnorm T=0,Bnorm R=8091.2424km,由数值方法得到初末状态转移阵,微分迭代9次后B平面参数偏差收敛到10-3km以内,其中修正后的逃逸脉冲矢量(ECI描述)为[6.8997,-8.0895,4.6966]km/s,脉冲大小修正为3.8392km/s;近火点制动脉冲矢量(MCI描述)为[4.0720,-1.8031,2.9806]km/s,脉冲大小2.0350km/s。飞行205.7083天,即2021年2月17日1时57分3秒到达。当然以上只是理论计算结果,实际转移中还须进行若干次轨道修正。
引文