题目：月球卫星快速轨道交会策略研究

 

根据我国探月工程“绕、落、回”的三步走战略规划，要求在后续的探月任务中将采集到的月球样品安全顺利的送返地球。在完成将样品送返地球的一个重要步骤即为在规定时间内将月球样本迅速送回轨道舱。因此，综合考虑时间资源和燃料资源，迅速寻找出在规定时间内燃料最省的月球轨道交会策略的快速求解方法具有实际意义。同时，在变轨过程中，如果可以充分利用测控资源，在可测控的情况下实施变轨，则有利于任务指控中心进行监视，也为通过变轨消除各类误差提供了条件。具体来说，本论文的研究工作主要包括以下几个方面：

建立了月球轨道交会问题模型以及地面测站对月球飞行器的可见性模型，通过在月球轨道交会问题模型中引入Lambert转移段减少设计变量并去掉交会模型的等式约束，使其有利于遗传算法的求解。

在遗传算法的求解过程中，通过设计合理的设计变量、优化目标函数和求解流程，将燃料最优和测控约束有机的组合起来，保证算出的初始月球轨道交会方案在满足任务约束条件的情况下实现燃料最优。

由于得到的初始变轨设计方案为仅考虑二体问题情况下得到的脉冲式变轨方案，与实际空间环境和发动机工作模式不符，因此该变轨方案并不适合在实际工程中应用。为保证求得的变轨方案具备可操作性，需对初始变轨方案进行修正。变轨方案的修正内容包括摄动力修正和将脉冲式变轨转有限推力式变轨修正。为实现轨道修正的目的，可以使用C#自动读取初始变轨方案，利用STK STK/X模块和STK/Object Model模块调用STK 的微分修正功能，以完成C#与STK的无缝连接，实现将初始变轨方案进行修正使其能够贴合实际任务。

对求得的初始月球轨道交会策略和精修后月球轨道交会策略的进行仿真算例分析。通过与STK比对，验证初始月球轨道交会策略的正确性以及是否满足测控约束要求；通过对初始交会策略与精修后交会策略的交会效果进行对比，验证变轨方案修正策略的正确性。

为分析变轨策略实施过程中出现的偏差对交会效果的影响，需将修正后的变轨方案进行误差仿真。通过采取蒙特卡洛打靶法，分别计算了轨道机动开始时间偏差、轨道机动持续时间偏差、轨道机动推力方位角偏差对交会精度的影响效果。