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地月高能共振循环轨道的快速计算及最优选择

2021-08-13泮斌峰

宇航学报 2021年6期

郑 越,泮斌峰,唐 硕

(1.西安航空学院,西安 710077;2. 西北工业大学航天学院,西安 710072)

0 引 言

地月循环轨道是周期性往返于地球与月球之间并在地球和月球附近不做停留的一类周期轨道。运行在循环轨道上的探测器不需要轨道机动或只需进行少量轨道机动即可运载人员和物资往返于地月之间。与直接转移相比,循环飞行器能够被重复使用,转移过程中不需要消耗大量能量重新将星际转移飞行器从地面运送到星际转移入轨点。因此,循环轨道可以用于完成长期的、持续的月球探测任务,是一种有研究价值和发展潜力的轨道转移方案。

地月循环轨道最早在1957年由Egorov[1]发现。随后,研究人员找到了更多的轨道[2-4],其中最有实践价值的是1963年Arenstorf[5-6]发现的两条轨道,这两条轨道被命名为Arenstorf轨道,后来被用于阿波罗计划。Anthony等[7]对不同循环轨道的特征进行了归纳。在国内,杨雷等[8]提出了地月循环轨道重访轨道空间站系统的概念,初步研究了基于空间站的载人月球探测飞行任务方案。张文博等[9]研究了地月循环轨道的动力学建模方法。罗宗富等[10]对一类特殊的地月循环轨道——双月旁转向轨道进行了研究。文献[11-12]设计了周期轨道的一般计算方法,所计算出的轨道包括地月循环轨道。文献[13]对地月系统下的轨道进行分类,并分析了地月循环轨道的低能转移特性。文献[14]通过不变流形实现不同共振比循环轨道的同宿连接。

在限制性三体问题中,当质量比参数μ→0时,周期轨道经变形后收敛于二体的非退化周期轨道,其中包括开普勒椭圆弧与碰撞奇点,碰撞奇点可以由质量较小的主天体的近似开普勒轨道替代。……

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