[發明專利]一種利用地月旁近的平衡點周期軌道逃逸方法

有效

• 申請號: 202010453438.0
• 申請日: 2020-05-25
• 公開（公告）號: CN111737814B
• 公開（公告）日: 2023-01-10
• 發明（設計）人: 吳偉仁;唐玉華;喬棟;李翔宇
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;B64G1/24;G06F17/16;G06F17/12
• 代理公司: 北京正陽理工知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鄔曉楠

本發明為公開的一種利用地月旁近的平衡點周期軌道逃逸方法，屬于航空航天技術領域。本發明實現方法：建立地月旋轉坐標系和三體動力學，求解周期軌道的狀態轉移矩陣特征根和特征向量。通過平衡點附近的周期軌道生成不穩定流形，選擇靠近月球的不穩定流形，利用微分修正求解離軌機動，獲得滿足近月點約束的轉移軌道，探測器施加相應機動使探測器轉移至近月點。利用微分修正求解近月點機動，獲得滿足近地點約束的月地轉移軌道，施加機動充分利用月球的引力作用，探測器施加相應機動使探測器轉移至近地點。根據逃逸速度需求，探測器在近地點再次施加機動，施加機動充分利用地月的引力作用，降低探測器從周期軌道逃逸地月系統的速度增量。

技術領域

本發明涉及一種利用地月旁近的平衡點周期軌道逃逸方法，尤其適用于從地月L2點軌道 出發從地球逃逸的軌道選擇和逃逸速度評估方法，屬于航空航天技術領域。

背景技術

地月平衡點L2點具有良好的動力學特性，適合部署中繼星用于月球背面的探測器與地球 中繼通信與數據傳輸，同時由于平衡點周期軌道較高的軌道能量，從平衡點周期軌道出發逃 逸地球進行深空探測，相比從地球軌道直接出發所需的燃料消耗更少，因此也可作為空間站 或探測器的停泊軌道。為了實現從平衡點周期軌道出發的深空探測，需要設計逃逸軌道。

已發展的關于轉移軌道誤差修正，在先技術[1](Wang Y,Zhang Y,Qiao D,et al.Transfer to near-Earth asteroids from a lunar orbit via Earth flyby anddirect escaping trajectories[J].Acta Astronautica,2017,133:177-184.)研究了從環月軌 道出發逃逸探測小行星的軌道選擇，通過優化出發脈沖大小和速度方向實現探測器從地月系 統逃逸，但該方案不適合從平衡點軌道出發的逃逸軌道選擇。

在先技術[2](參見：Nakamiya M,Yamakawa H,Scheeres D J,etal.Interplanetary transfers between halo orbits:connectivity between escapeand capture trajectories[J].Journal of guidance,control,and dynamics,2010,33(3):803-813.) 研究了利用平衡點不穩定流形逃逸的轉移軌道，但該方法的逃逸效率較低，隨著所需逃逸速 度的增大，燃料消耗明顯增加。

發明內容

本發明公開的目的是提供一種利用地月旁近的平衡點周期軌道逃逸方法，充分利用地月 的引力作用，降低探測器從周期軌道逃逸地月系統所需的速度增量。

本發明的目的是通過下述技術方案實現的：

本發明為公開的一種利用地月旁近的平衡點周期軌道逃逸方法，建立地月旋轉坐標系和 三體動力學，求解周期軌道的狀態轉移矩陣特征根和特征向量。通過平衡點附近的周期軌道 生成不穩定流形，選擇靠近月球的不穩定流形，利用微分修正求解離軌機動，獲得滿足近月 點約束的轉移軌道，探測器施加相應機動使探測器轉移至近月點。利用微分修正求解近月點 機動，獲得滿足近地點約束的月地轉移軌道，所述施加機動充分利用月球的引力作用，探測 器施加相應機動使探測器轉移至近地點。根據逃逸速度需求，探測器在近地點再次施加機動， 所述施加機動充分利用地月的引力作用，降低探測器從周期軌道逃逸地月系統所需的速度增 量。

本發明為公開的一種利用地月旁近的平衡點周期軌道逃逸方法，包括如下步驟：

步驟一：建立地月旋轉坐標系和三體動力學，求解周期軌道的狀態轉移矩陣特征根和特 征向量。

選擇地球-月球系統的質心作為原點建立坐標系，選擇X軸為地球與月球連線方向，由地 球指向月球，Z軸為系統旋轉的角速度方向，Y軸與X，Z軸垂直構成右手坐標系；

探測器在該系統下的動力學方程表示為，