● 摘要
小推力发动机比冲大、推力小，变轨时节省燃料但推力时间长，非常适合于星际轨道转移，近年来成为科研的热点问题。通过公式推导和仿真比较，得出了径向小推力不适用于地球逃逸，切向比周向小推力更适用于地球逃逸的结论。基于轨迹成型法所设计的小推力轨道，是一种切向可变小推力轨道转移轨道。本章首先介绍了基于轨迹成型法的基本理论。鉴于这种方法数学模型收敛性强，计算速度快的特点，以地火转移轨道为例，提出了不同推力条件下发射窗口的搜索方法。其后，利用基于轨迹成型法和真实数值仿真之间误差小、线性关系强的特点，通过几次简单的线性迭代设计出小推力转移轨道。在用直接法设计小推力轨道时，针对不同量级小推力，文章给出三种小推力轨道设计方法：推力较大时，持续推力时间较短，先用传统方法设计出脉冲变轨策略，再将初始设计的脉冲式变轨方案转换为有限推力，并对其进行修正以消除转换误差；推力较小时，将连续的小推力轨道均匀离散成若干段，每段用一个小脉冲代替。通过优化每个速度脉冲的俯仰角和偏航角，可以得到脉冲近似的最优小推力转移轨道；推力极小时，轨道转移时间极长，可以采用切向小推力的控制策略进行星际转移。