● 摘要
大气制动作为一种新型的低燃料消耗变轨技术在星际探测任务中起着重要作用。该技术利用中心天体高层大气的气动阻力来降低航天器飞行速度，从而达到变轨的目的，整个制动过程不需要（或很少需要）消耗探测器携带的燃料，对降低任务发射成本，增加探测任务有效载荷具有重要意义。大气制动过程中，制动轨道的选择与控制对航天器安全与大气制动效率具有重要影响，本文基于这两方面问题开展研究。
首先，针对大气主制动阶段（Main Aerobraking）存在的制动轨道近心点降低问题提出了一种利用气动力来实现轨道近心点高度控制的方法,并设计了以倾侧角为控制变量的大气内飞行控制律。控制律通过改变倾侧角调整气动力在高度方向上的分量来实现对制动轨道近心点高度的控制，并根据当前近心点高度与预定近心点高度自动调整反馈增益。基于该控制律设计了大气主制动阶段的制动飞行策略并参考实际探测任务进行了仿真验证与分析，在整个大气制动过程中无需燃料消耗即可有效地限制轨道近心点的降低并最终减少降低量，而且飞行过程中的最大动压和最大热流密度逐渐降低，保证了航天器的安全。
其次，设计了用于大气制动进入大气段（Walk In）的飞行控制策略并作了仿真验证分析。该策略可依据航天器的安全状态来试探最佳制动轨道近心点高度，在保证航天器安全的前提下进一步提高了制动效率。