椭圆三体问题下月球L2低能逃逸轨道设计

摘要：

针对圆形限制性三体问题下求解月球探测器逃逸轨道时,不能充分利用月球椭圆公转动力学特性节约逃逸能量的问题,对动力学模型进行拓展,在椭圆三体问题下建立月球探测器轨道动力学方程与能量表达式.首先通过理论推导,求解了探测器逃逸所需的发射能量与逃逸过程中的轨道能量随月地椭圆相对运动状态的数学表达式,对其进行分析发现,同一环月轨道上出发的逃逸探测器所需发射能量与地月距离呈正相关,而逃逸过程中探测器轨道能量变化与地月相向运动速度呈正相关,从而得出在月球接近其近地点过程中发射逃逸探测器可以最大限度节约发射能量的结论.在此基础上,引入庞加莱截面法设计探测器最低能量逃逸轨道.通过寻找使逃逸轨道所在不变流形的庞加莱截面收缩为一点的发射位置与能量,求解不同地月相位下的逃逸轨道能量需求,进而迭代求解能量最优逃逸轨道.最终,通过对比仿真结果得到,月球真近角为283°时发射逃逸探测器将最节约能量,与理论推导的结果相吻合.相对于圆形限制性三体问题下推导的最低逃逸能量,采用椭圆三体模型设计的低能量逃逸轨道可以节约8％左右的发射能量,对于深空探测等任务来说具有明显优势.

关键词：月球、轨道转移、最优化、节能、椭圆三体问题、庞加莱截面

所属期刊栏目：35

分类号：V412.4+1;V529.1(基础理论及试验)

资助基金：National Nature Science Foundation of China11172077;Innovative Team Program of the National Nature Science Foundation of China61321062;国家自然科学基金11172077;国家自然科学基金创新研究群体项目61321062

在线出版日期：2014-07-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共9页

页码：1496-1504