火星探测器近心点制动与轨道保持优化设计

摘要

随着新世纪火星探测热潮的到来，火星探测器近心点制动与轨道保持问题成为了研究热点。本文以工程项目“深空探测航天器自主轨道控制优化计算”为背景，研究火星探测器近火星点制动策略和轨道保持策略问题，本文的创新点在于，第一，将虚拟卫星方法用于火星探测器近心点制动中，解决了由双曲线进入轨道制动并精确进入工作轨道的问题；第二，推导小推力轨道保持算法并用于火星探测器轨道保持任务中，解决了有摄动情况下火星探测器轨道长时间保持问题。
　　本文以火星探测器为研究对象，根据不同任务的需要，建立了相应的坐标系统，并给出了考虑多种摄动因素在内的火星探测器动力学模型，摄动源包括火星10阶非球形摄动，太阳引力摄动和地球引力摄动，该模型的精确性较高，可以进行长时间轨道积分运算。对火星探测器近火星点制动问题进行了分析，推导了固定推力策略和最优推力策略两种制动方法，两种方法均能较好地完成火星探测器制动任务，但精度有所不同。其中，最优推力策略采用虚拟卫星方法，结果显示，该方法能够用于双曲线轨道向椭圆轨道的转移任务。以考虑摄动因素的火星探测器动力学模型为基础，精确分析了火星探测器长期运行的轨道要素变化情况。推导了小推力轨道保持算法，仿真结果显示，该方法可以实现发动机开机次数少，节约燃料等工程指标。

目录

火星探测器近心点制动与轨道保持优化设计

Optimal Design for Mars Probe in Near-Center Brakingand Orbit Keeping

摘 要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题来源及研究目的和意义

1.2 文献综述

1.3 本文主要研究内容

第2章 火星探测器动力学建模

2.1 引言

2.2 系统描述与坐标系的建立

2.3 坐标系间的转换矩阵

2.4 火星探测器动力学模型的建立

2.5 本章小结

第3章 火星探测器各任务段控制策略分析

3.1 引言

3.2 火星探测器近火星点制动控制策略分析设计

3.3 火星探测器运行轨道保持控制策略分析设计

3.4 本章小结

第4章 火星探测器制动与轨道保持数学仿真分析

4.1 仿真算例设计

4.2 火星探测器近心点制动仿真分析

4.3 火星探测器轨道保持仿真分析

4.4 本章小结

总结

参考文献

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士论文使用授权书

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

致谢