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基于三体模型的转移轨道设计研究

作　者: 樊炜
导　师: 关英姿
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 飞行器设计
关键词: 深空探测三体问题平动点 Halo轨道不变流形
分类号: V412.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 35次
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内容摘要

在各国都大力发展航天事业的今天，深空探测已成为科学界共同关注的热门话题。要开展深空探测，研究人员必须将空间转移轨道的设计放在一个相当重要的位置来重点考察研究。圆型限制性三体问题模型在转移轨道设计中的价值正日益体现出来并受到重视，本文以此为背景，主要研究平动点周期轨道和基于三体问题的空间转移轨道设计。首先，建立了圆型限制性三体问题模型，通过求解运动学方程，给出了三体问题的五个平动点，并介绍了雅可比积分，零速度面，状态转移矩阵等基本概念。然后，探讨了平动点的稳定性，对平动点附近的相空间结构作了分析，随后还着重研究了共线平动点附近的周期轨道的性质与计算方法，给出了Richardson三阶近似解析解和周期轨道迭代算法，以近似解为初值进行微分修正得到精确的Halo轨道初始条件，再积分得到封闭完整的Halo轨道，并给出了使用MATLAB软件得出的仿真结果。进而，研究了不变流形理论，分析了与周期轨道相连的稳定流形与不稳定流形的结构，并研究了通过Halo轨道的单值矩阵来计算和分析Halo轨道的不变流形的方法。随后研究了基于三体模型的转移轨道设计，给出了转移轨道设计方案，并与传统方案进行了分析比较。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-18
  1.1 课题研究背景与意义  9-11
  1.2 国内外理论研究现状  11-14
    1.2.1 国外理论研究现状  11-13
    1.2.2 国内理论研究现状  13-14
  1.3 国内外实际应用现状  14-16
    1.3.1 国外实际应用现状  14-15
    1.3.2 国内实际应用现状  15-16
  1.4 本文主要研究内容  16-18
第2章圆型限制性三体问题  18-30
  2.1 运动学模型的建立  18-21
  2.2 拉格朗日平动点  21-24
    2.2.1 平动点概念  21-22
    2.2.2 平动点位置  22-24
  2.3 雅可比积分与零速度面  24-26
  2.4 状态转移矩阵  26-28
  2.5 庞加莱截面  28-29
  2.6 本章小结  29-30
第3章平动点附近的周期轨道  30-42
  3.1 平动点附近的轨道运动  30-34
    3.1.1 稳定性相关定理  30-32
    3.1.2 平动点附近的轨道运动  32-34
  3.2 平动点Halo轨道三阶近似解析解  34-36
  3.3 微分修正方法  36-38
    3.3.1 迭代原理  36-37
    3.3.2 迭代流程  37-38
  3.4 实例仿真  38-41
  3.5 本章小结  41-42
第4章不变流形与转移轨道设计  42-52
  4.1 不变流形及其计算方法  42-43
  4.2 仿真实例  43-45
  4.3 地月转移轨道设计方案  45
  4.4 地月转移轨道分段计算  45-49
    4.4.1 由地球停泊轨道飞向地月 L_1点Halo轨道  45-47
    4.4.2 由 L_1点Halo轨道飞向月球  47-49
  4.5 轨道分析比较  49-51
    4.5.1 基于三体模型的转移方案分析  49-50
    4.5.2 基于传统圆锥曲线拼接法的转移方案分析  50-51
    4.5.3 方案比较  51
  4.6 本章小结  51-52
结论  52-54
参考文献  54-57
攻读硕士学位期间所发表的学术论文  57-59
致谢  59

基于三体模型的转移轨道设计研究

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