本發明涉及一種載人月球探測任務軌道設計系統，包括登月窗口計算子系統、環月軌道部署子系統、無人繞月子系統、載人環月子系統以及載人登月子系統。各子系統由窗口計算模塊、一般轉移軌道計算模塊、自由返回軌道設計模塊、月地返回轉移軌道設計模塊以及三脈沖轉移軌道設計模塊等模塊組合而成。本發明在不同任務設計時，本系統可以考慮任務之間的約束耦合；可以計算登月窗口，在不設計具體軌道的前提下給出可行的登月窗口；不需要提供設計初值，僅給出設計參數、約束參數以及遍歷時間的范圍，便于用戶使用；將初值和高精度結果分別展示，在合理的初值基礎上進行高精度計算，提高設計效率。
技術領域
本發明屬于載人月球探測任務軌道設計技術領域，尤其涉及一種載人月球探測任務軌道設計系統。
背景技術
載人探月軌道設計是載人月球探測任務論證的重要內容，載人登月任務軌道設計方法中涉及到了載人飛行器和無人飛行器的地月轉移任務，具體包括了一般轉移軌道、自由返回軌道以及定點返回軌道。其中，一般轉移軌道和自由返回軌道需要與發射任務進行軌道匹配，自由返回軌道和定點返回軌道需要異面變軌以分別實現全月面到達和任意時刻的定點返回。一般轉移軌道、自由返回軌道以及定點返回軌道，可以采用圓錐曲線拼接法，將轉移軌道分為地心二體軌道和月心二體軌道并通過拼接獲得軌道初值，或者采用利用偽狀態理論的多圓錐解析法，在全段過程中考慮地球、月球以及太陽引力，以較少的計算量獲得較高的結果精度。
目前，僅有的載人登月任務為美國的“阿波羅”登月計劃，于1969年7月首次實現載人登月，至1972年12月相繼發射了7艘登月飛船，除Apollo-13外，其余均獲得成功，共把12名航天員送上了月球，其所采用登月模式為一次發射任務直接登月，可以采用以上的方法進行任務軌道設計。然而，基于環月空間站的探月任務，還包括了多次發射任務，需要在環月軌道進行多次交會對接，各任務通過環月空間站的軌道參數發生了耦合。
從前人的研究中可以明顯看出，軌道設計與任務軌道設計存在一定的差異，單次軌道設計已經不能滿足復雜的任務軌道設計要求，需要一個有力的任務設計平臺實現由多次序列任務組成的載人月球探測任務。總之未來載人月球探測任務將變得更為復雜，針對特定軌道、特定發射任務的軌道設計工具并不能滿足全部工程需求。為此，有必要設計出可以靈活設置軌道參數、約束參數的任務軌道設計平臺。
目前比較成熟的軌道設計分析仿真平臺為STK(Satellite Tool Kit)，其內部的Astrogator插件可以通過不同模塊的組合，設置不同的約束和迭代目標，來實現單次任務流程的設計。該插件并沒有給出自由返回軌道、一般轉移軌道、定點返回軌道的高效設計模塊。用戶需要在設計之初有一個較精確的初值解，才能利用STK上的Astrogator實現快速的迭代設計，該平臺更適用于仿真驗證。STK僅局限于單次任務設計，無法考慮多次任務之間的耦合約束，軌道設計過于通用，無法提高任務設計效率。對于特定的環月軌道交會的載人登月任務來說，任務模式比較固定，往往需要一個更為高效的設計平臺。
發明內容
本發明的目的是提供一種載人月球探測任務軌道設計系統，具有針對不同軌道的設計模塊，不需要用戶具備先驗信息，在給定約束和設計指標后，可以實現從初步設計結果到最終設計結果的展示。另外，還可以考慮光照、月面停留時間和返回著陸場條件等其他設計因素，直接給出任務窗口，在不需要開展具體軌道設計的前提下就能夠找到合適的登月時機。
本發明提供了一種載人月球探測任務軌道設計系統，包括登月窗口子系統、無人繞月子系統、環月軌道部署子系統、載人環月子系統以及載人登月子系統；
所述登月窗口子系統用于重新軌道部署及已有軌道部署；所述重新軌道部署包括根據光照約束、落點經緯度計算滿足光照條件的登月窗口，供用戶在計算結果列表中查看符合條件的登月窗口，通過部署軌道計算得到返回條件可行的窗口，供用戶從計算結果中選擇某個落月時刻的目標環月軌道，針對該環月軌道進行上升窗口計算；所述已有軌道部署包括根據已有的環月軌道計算軌道星下點信息，根據用戶選擇確定落月時刻，進行上升窗口計算；
