贺波勇，曹鹏飞，罗亚中，李海阳

（国防科技大学 空天科学学院，长沙 410073）

0 引 言

月球是地球唯一的天然卫星，是人类进入深空最理想的中转站，因此，人类从未放弃对月球的探测[1]。1969年7月16日，美国成功发射了“阿波罗11号”（Apollo11）号载人月球飞船，实现了人类历史上的首次载人登月。2004年，美国启动了重返月球的“星座计划”，提出了“全月面到达”和“任意时刻安全返回”等新时期载人登月目标，并给出了基于环月轨道（Low Lunar Orbit，LLO）共面交会的“人货分离”载人月球探测任务方案[2-3]。美国2009年6月18日发射的月球侦察轨道器/月坑观测与探测卫星（Lunar Reconnaissance Orbiter，LRO/Lunar Crater Observation and Sensing Satellite，LCROSS）及其随行的“半人马座”上面级，成功对月球南极进行了两次撞击，发现了水冰存在的证据[4-6]，引发了载人月球极区和高纬度区域的探测热潮。

作为载人登月关键技术之一的窗口与轨道设计技术，一直是该领域的研究热点。郗晓宁[7]等较早提出了基于月球影响球参数的双二体模型下载人登月任务轨道与窗口设计方法，但精度较低，适合特性分析。李桢等[8]较早研究了基于LLO交会的奔月方案。文献[9]针对载人登月绕月自由返回任务，提出了一种轨道与窗口一体化设计方法，在双二体模型下，通过4段二体轨道拼接完成自由返回轨道初值搜索及匹配近地停泊轨道（Low Earth Orbit，LEO）月窗口，其结果作为高精度模型下序列二次规划（Sequence Quadratic Program，SQP）修正迭代初值，精度高但计算效率较低。

文献[9]提出的轨道与窗口一体化设计方法具有很好的借鉴意义，本文在此基础上，进一步研究……