哈工大深空探测轨道设计作业_地球至火星轨道设计研讨.doc

目 录 1.1 研究现状及分析 2 1.1.1 发射窗口 4 1.1.2火星探测轨道设计 5 1.1.3火星探测轨道优化 7 1.2 轨道基础知识 9 1.2.1 时间系统 9 1.2.2 坐标系统 10 1.2.3 星历数据 11 1.2.4 B平面 11 1.2.5 Lambert问题 12 1.3 火星探测直接转移轨道的初步设计 13 1.3.1 日心轨道设计及发射窗口的有哪些信誉好的足球投注网站 13 1.3.2 地心段参数的确定 15 1.3.3 火心段参数的确定 19 1.4 基于B平面参数的精确轨道设计 20 1.4.1 问题描述 20 1.4.2 制导方法 21 1.4.3 轨道精确设计求解 22 1.4 仿真分析 23 1.4.1初步轨道参数设计结果 24 1.4.2 精确轨道参数设计结果 26 1.5 结论 27 地球——火星转移轨道设计 轨道设计是火星探测任务的基础，在设计出精确轨道前，一般都忽略次要因素，以二体模型为基础设计一条简单的轨道来满足任务的要求。本章采用普适变量方法求解Lambert问题，并给出基于pork-chop图以及优化算法两种方法对发射窗口进行有哪些信誉好的足球投注网站，基于此窗口对转移轨道进行初步设计和精确设计。 研究现状及分析 近十年来火星探测已成为科学家们开展空间研究的主流趋势之一，火星是太阳系内与地球最接近的一颗行星，它们有很多共同特征。自从水被证实在其上存在后，有存在生命的可能是人类目前对火星感兴趣的主要原因之一，此推动了科学研究，在之后每一个合适的发射窗口，都有新型的行星际探测器飞往火星，并携带科学设备用来研究火星的大气与表面，以及发现一些新奇的现象。在过去的50年里，仅美国在火星探测研究的经费已超过了100亿美金，而在不远的将来他们计划开展大量的火星科学探测活动。目前，包括俄罗斯航天局在内的世界各大航天机构正在考虑发射载人探测器到火星上的可能性，而确定这样的计划后使得火星探测基础理论研究、技术支持和工程实验迅猛发展，此时我国开展火星探测是及时的，在自主研发的基础上，借鉴外国经验，发展我国自己的火星探测技术，开拓空间资源和领域，促使太空经济蓬勃发展。 截至到2013年，人类从“火星1号”开始共发射41颗火星探测器，其中按任务类型可分为：飞越型、环绕型和着陆型三类。下表给出了部分抵达过火星的探测器数据（发射与到达时火星和地球的黄经差分别为和、转移时间和转移角度）。 表 1 部分抵达火星的探测器数据 探测器 任务类型 火星1号 飞越 46.34 -53.01 220 161.61 水手4号 飞越 58.74 -46.6 228 178.22 火星2号 轨道/着陆器 47.95 -40.77 192 148.56 水手9号 轨道器 42.83 -34.60 168 130.86 火星4号 轨道器 41.46 -52.63 204 148.37 火星7号 着陆器 32.64 -65.1 212 143.75 海盗1号 轨道/着陆器 50.59 -103.95 335 226.16 火卫一2号 轨道/着陆器 36.64 -56.08 201 141.96 环球勘测者 轨道器 73.51 -68.77 308 234.90 火星探路者 着陆/火星车 61.03 -36.86 212 172.15 希望号 轨道器 155.01 -43.36 1990 - 奥德赛号 轨道器 49.46 -42.98 200 154.25 快车 轨道/着陆器 46.56 -48.52 206 154.49 勇气号 火星车 42.89 -53.16 208 151.9 机遇号 火星车 29.95 -62.88 201 135.27 侦查轨道器 轨道器 36.37 -60.55 210 146.43 凤凰号 着陆器 63.12 -73.01 295 217.7 上表中转移角基本上都在180度附近，类似于霍曼转移轨道的结果，反映出火星轨道设计优先考虑能量问题，这为我国自行开展火星探测任务提供了参考信息。 总结过去50多年的火星探测任务，人类借助多个探测器对火星进行了观测与探测，揭示了一个与地球相近而又有众多不同的新世界。针对之前所取得的成果，世界各个航天大国纷纷提出自己的火星探测计划，其中以美国NASA火星科学实验室和欧空局的天外火星最具有代表性，而其主要任务为： 1）开展有针对性的火星侦测任务，寻找火星上的生命迹象和热液源，及火星大气高层探测，即空间生物研究实验室和火星大气高层探测卫星； 2）火星样本返回计划，采用相对简单的方法在着陆点就地采集土壤和大气样品，通过返回式飞船带回地球进行详细分析，最理想情况下这一任务将于2016年欧空局开展； 3）在火星安置寿命较长的着陆器形成网络，进而开展地震