基于弱稳定边界理论的低能地月转移轨道设计

1

作者 李宸硕 田百义 +2 位作者 王义宇 张泽旭 徐田来 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期1135-1145,共11页

针对弱稳定边界轨道求解困难、模型复杂、对初值的敏感程度较高等问题,提出了一种基于弱稳定边界的地月低能转移轨道设计方法,通过一种双层优化算法求解流形拼接问题,实现航天器低能地月转移。首先计算地月L2点Halo轨道及不变流形;随后... 针对弱稳定边界轨道求解困难、模型复杂、对初值的敏感程度较高等问题,提出了一种基于弱稳定边界的地月低能转移轨道设计方法,通过一种双层优化算法求解流形拼接问题,实现航天器低能地月转移。首先计算地月L2点Halo轨道及不变流形;随后将其与日地系统Halo轨道的不变流形进行拼接,计算离散流形拼接点,根据离散流形拼接点的速度和位置选择优化初值;最后建立流形拼接的优化模型,优化求解得到双圆限制性四体模型下的转移轨道。仿真结果表明,该轨道设计方法转移所需的能量较低,并满足多种约束条件,可为未来地月探测低能轨道设计提供参考。 展开更多

关键词 弱稳定边界理论 地月低能转移轨道 不变流形拼接 双层优化

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液体火箭发动机在月球探测活动中的应用及展望

2

作者 李清廉 蒋卓航 +2 位作者 彭竞锋 刘新林 田晞霖 《火箭推进》 北大核心 2025年第3期134-177,共44页

月球探测飞行任务包括火箭发射、地月轨道转移、月面着陆、月面上升等过程。液体火箭发动机在月球探测的各个飞行阶段均发挥着不可替代的作用。通过回顾从20世纪中叶至今全球探月计划的发展历程,总结人类3次月球探测历程的特点,详细分... 月球探测飞行任务包括火箭发射、地月轨道转移、月面着陆、月面上升等过程。液体火箭发动机在月球探测的各个飞行阶段均发挥着不可替代的作用。通过回顾从20世纪中叶至今全球探月计划的发展历程,总结人类3次月球探测历程的特点,详细分析美国、俄罗斯、中国、印度、日本等国家在月球探测任务中采用的主要液体火箭发动机的技术方案、技术特点、性能指标、应用情况及演变过程等特征,对发展未来的地外天体探测液体火箭发动机技术具有启示意义。进一步总结近年来的宇航探索与新工业技术趋势,提出液体火箭发动机的发展正朝着无毒化、系列化和可重复使用方向发展,人工智能、金属增材制造、先进材料技术的快速发展正在加速推进液体火箭发动机设计、制造及应用范式的转变,这些技术进步不仅有助于提升地月运输的经济性,还将为建设月球科研基地以及载人登月任务提供重要的技术支持。 展开更多

关键词 液体火箭发动机 月球探测 火箭发射 地月轨道转移 月面着陆及上升

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快速设计月球卫星转移轨道的一种代数法 被引量：6

3

作者 曾国强 任萱 郗晓宁 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 2000年第2期1-6,共6页

提出了一种将圆锥曲线拼接法与历表相结合 ,快速设计月球卫星地月转移轨道的方法。此方法是一种无需轨道积分的纯代数计算方法 ,具有速度快、精度高的特点 ,可用于月球卫星转移轨道的初步设计。将初步设计获得的参数作为精确设计的初值 ... 提出了一种将圆锥曲线拼接法与历表相结合 ,快速设计月球卫星地月转移轨道的方法。此方法是一种无需轨道积分的纯代数计算方法 ,具有速度快、精度高的特点 ,可用于月球卫星转移轨道的初步设计。将初步设计获得的参数作为精确设计的初值 ,能大大缩短精确轨道设计参数的时间。 展开更多

关键词 月球卫星 地月转移轨道 历表 快速设计 代数法

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多约束条件下的地月转移轨道设计 被引量：6

4

作者 刘磊 郗晓宁 白玉铸 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第2期482-488,共7页

讨论了多种约束条件下的地月转移轨道设计,这些约束条件包括地面测控条件、太阳光照条件、飞行时间和入轨点条件等。利用地月转移轨道搜索算法,提出一种解析法和数值法相结合的分阶段分步骤搜索策略,在搜索过程中引入约束条件,从而可以... 讨论了多种约束条件下的地月转移轨道设计,这些约束条件包括地面测控条件、太阳光照条件、飞行时间和入轨点条件等。利用地月转移轨道搜索算法,提出一种解析法和数值法相结合的分阶段分步骤搜索策略,在搜索过程中引入约束条件,从而可以较快地设计出满足一定精度要求,尤其是满足约束条件的地月转移轨道。仿真算例及大量数值仿真结果表明,该方法简单有效,整体计算量较小,可以较快地得到满足各项约束要求的设计结果。 展开更多

关键词 地月转移轨道 多约束 轨道设计 微分改正 搜索策略

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基于紫外敏感器的地月转移轨道慢旋探测器自主导航算法 被引量：3

5

作者 乔国栋 李铁寿 王大轶 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第2期492-496,共5页

针对地月转移轨道的慢旋探测器,提出一种基于紫外敏感器的自主导航算法。探测器对日定向,生成初始姿态。紫外敏感器具有大视场特性,绕横轴旋转一周可以实现对全天球70%左右空间的覆盖,因此有很大的机会在地月转移轨道实现对地球和月球... 针对地月转移轨道的慢旋探测器,提出一种基于紫外敏感器的自主导航算法。探测器对日定向,生成初始姿态。紫外敏感器具有大视场特性,绕横轴旋转一周可以实现对全天球70%左右空间的覆盖,因此有很大的机会在地月转移轨道实现对地球和月球的观测并获得地心方向和月心方向的测量值。本文首先对紫外敏感器的环形视场进行分析,利用解析方法推导出敏感器对月/地可见条件。其次研究由地心方向和月心方向单次测量来确定轨道参数的初始估值。最后研究如何利用每个自旋周期分别对地心方向和月心方向最多各一次的测量数据,估计探测器轨道参数的方法,并给出数学仿真结果。 展开更多

关键词 慢旋探测器 紫外敏感器 地月转移轨道 自主导航

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三体模型下二维平面地月转移轨道设计与特性分析 被引量：2

6

作者 彭坤 孙国江 +2 位作者 杨雷 徐明 奉振球 《载人航天》 CSCD 北大核心 2018年第4期479-487,共9页

为提高地月转移轨道搜索速度和提供精确的初值猜测,在三体模型下研究了双脉冲地月转移轨道的快速设计方法及其轨道特性。首先基于三体模型建立了地心旋转系下地月转移轨道系统模型,选择物理意义明显的地月转移加速速度增量和地心旋转系... 为提高地月转移轨道搜索速度和提供精确的初值猜测,在三体模型下研究了双脉冲地月转移轨道的快速设计方法及其轨道特性。首先基于三体模型建立了地心旋转系下地月转移轨道系统模型,选择物理意义明显的地月转移加速速度增量和地心旋转系对准角作为控制变量;其次在二体模型假设下给出控制变量的初值估计方法,提出了不同运行方向地月转移轨道的搜索策略,并采用序列二次规划算法对4种类型地月转移轨道进行求解,分析其控制变量差异;最后分析了转移时间、近地点高度和近月点高度对地月转移轨道的影响,以及月球引力对二体模型下初值估计的修正量。仿真结果表明,本文提出的设计方法能快速准确地搜索出指定类型的地月转移轨道,同时其轨道特性分析结论可为后续月球探测任务地月转移轨道选择提供依据。 展开更多

关键词 三体模型 地月转移轨道 初值估计 序列二次规划 转移时间

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提高地月转移轨道入轨段初轨精度的技术途径 被引量：2

7

作者 茅永兴 沐俊山 +1 位作者 宋叶志 钟德安 《电讯技术》 北大核心 2014年第6期719-725,共7页

针对星箭分离前、后两段数据处于不同的飞行轨道,经典的轨道计算方法无法实现两段外测数据联合参与定轨,入轨段初轨精度难以进一步提高的问题,通过分析星箭分离时刻轨道半长轴确定精度与测量误差、轨道偏心率之间的关系,提出了提高站址... 针对星箭分离前、后两段数据处于不同的飞行轨道,经典的轨道计算方法无法实现两段外测数据联合参与定轨,入轨段初轨精度难以进一步提高的问题,通过分析星箭分离时刻轨道半长轴确定精度与测量误差、轨道偏心率之间的关系,提出了提高站址坐标测量精度、采用分布式船姿船位测量体制以提高姿态测量精度、采用卫星测高数据计算任务海域垂线偏差并对船姿数据进行修正、船载雷达测速数据的东平台影响修正、合理的数据预处理以及采用基于速度增量修正的定轨新方法等多种技术途径,并重点介绍了基于速度增量修正、可实现星箭分离前后外测数据联合定轨的新方法。仿真计算和任务实测数据验算表明,新方法轨道半长轴确定精度较以往传统方法提高1个数量级以上,有利于后续测控计划制定和测控站的跟踪引导。 展开更多

关键词 地月转移轨道 初轨确定精度 技术途径 速度增量修正 联合定轨

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嫦娥一号卫星地月转移轨道中途修正分析 被引量：13

8

作者 杨维廉 周文艳 《空间控制技术与应用》 2008年第6期3-7,共5页

中国第一颗月球探测卫星"嫦娥一号"于2007年10月24日成功发射并于11月7日顺利进入了距月面200km的科学探测的使命轨道,原计划在整个飞行过程中比较关键的轨道段是地月转移轨道段。要进行2至3次中途轨道修正,而实际的飞行结果... 中国第一颗月球探测卫星"嫦娥一号"于2007年10月24日成功发射并于11月7日顺利进入了距月面200km的科学探测的使命轨道,原计划在整个飞行过程中比较关键的轨道段是地月转移轨道段。要进行2至3次中途轨道修正,而实际的飞行结果只在第41小时作了一次很小的修正,所用的速度增量是4.8m/s。基于有关的实测数据对此进行详细的分析,以期获得一些规律性的认识。 展开更多

关键词 月球探测 月球卫星 调相轨道 地月转移轨道 中途修正机动

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载人登月地月转移轨道快速设计及特性分析 被引量：2

9

作者 彭祺擘 沈红新 李海阳 《载人航天》 CSCD 2012年第3期18-24,40,共8页

分析了载人登月轨道设计的约束条件,在此基础上建立了地月转移轨道设计模型,给出了一种以地球出发轨道参数作为设计变量的轨道设计方法,结合月球星历得到了满足载人登月任务约束的轨道方案,并对载人登月任务地月转移轨道的工程特性进行... 分析了载人登月轨道设计的约束条件,在此基础上建立了地月转移轨道设计模型,给出了一种以地球出发轨道参数作为设计变量的轨道设计方法,结合月球星历得到了满足载人登月任务约束的轨道方案,并对载人登月任务地月转移轨道的工程特性进行了分析。此方法是一种无需轨道积分的纯代数计算方法,具有速度快、精度高的特点,其顺行求解的思路,可对载人登月轨道方案制定阶段的轨道特性做出有效分析。 展开更多

关键词 载人登月 地月转移轨道 轨道设计 约束条件 轨道特性

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双二体几何切面法及天梯地月转移轨道分析

10

作者 童科伟 程炳琳 汪小卫 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第6期21-29,共9页

双二体模型是求解地月转移轨道的重要基础。与传统的采用月球影响球入口点经纬度的描述方式不同,本文提出一种基于飞行轨道面参数来描述地月转移轨道的双二体模型几何表达方式,结合一维非线性方程求根算法Brent算法和Lambert原理,将原... 双二体模型是求解地月转移轨道的重要基础。与传统的采用月球影响球入口点经纬度的描述方式不同,本文提出一种基于飞行轨道面参数来描述地月转移轨道的双二体模型几何表达方式,结合一维非线性方程求根算法Brent算法和Lambert原理,将原始三维球面搜索算法降维成为二维圆上的搜索算法,可以高效求解地月转移轨道的形状参数。为避免重复计算,将转移轨道窗口计算的轨道多变量搜索问题解耦分解成两个子问题——转移轨道形状参数求解问题和转移轨道面空间定向问题,降低了问题的求解维度。形成两级并行计算算法,充分发挥多核计算机算力,加速计算过程。仿真结果表明,基于提出的并行圆锥曲线几何切面法,可以成功应用于计算天梯地月转移轨道分析。 展开更多

关键词 地月转移轨道 双二体模型 Lambert问题 天梯 并行计算

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地月转移轨道的天基测向初轨确定研究

11

作者 刘磊 项军华 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第1期22-27,共6页

研究了利用天基测向数据对地月转移轨道的初轨确定。天基平台分别考虑采用单颗卫星和星座卫星,研究了观测数据的噪声平滑,分析了观测弧段长度和观测几何对两种平台的定轨精度的影响,基于数值分析结果,研究了初定轨中系统差的消除。研究... 研究了利用天基测向数据对地月转移轨道的初轨确定。天基平台分别考虑采用单颗卫星和星座卫星,研究了观测数据的噪声平滑,分析了观测弧段长度和观测几何对两种平台的定轨精度的影响,基于数值分析结果,研究了初定轨中系统差的消除。研究结果表明,星座双星同步定轨比较适用于地月转移轨道的天基测向初定轨。 展开更多

关键词 地月转移轨道 天基 初轨确定 测向

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大椭圆停泊轨道月球探测器发射窗口运动学约束特性分析及转移轨道快速设计方法

12

作者 郗晓宁 高玉东 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第2期5-10,共6页

通过分析大椭圆停泊轨道月球探测器发射窗口的运动学约束特性,给出了转移轨道运动学约束对发射窗口的影响规律,进一步明确了在该种情况下月球探测器的发射机会和增加窗口的可能性。并结合发射窗口运动学约束特性,提出了一种基于大椭圆... 通过分析大椭圆停泊轨道月球探测器发射窗口的运动学约束特性,给出了转移轨道运动学约束对发射窗口的影响规律,进一步明确了在该种情况下月球探测器的发射机会和增加窗口的可能性。并结合发射窗口运动学约束特性,提出了一种基于大椭圆停泊轨道的地月转移轨道快速设计方法。仿真结果验证了大椭圆停泊轨道下探测器发射窗口运动学约束特性分析的正确性,以及转移轨道设计方法的有效性。 展开更多

关键词 月球探测器 大椭圆停泊轨道 发射窗口 运动学约束特性 地月转移轨道

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一种地月转移轨道中途修正的制导算法 被引量：1

13

作者 本立言 张锐 谢祥华 《中国空间科学技术》 EI CSCD 北大核心 2020年第2期29-34,共6页

针对地月转移轨道中途修正问题,提出了一种求解修正速度增量的制导算法。该算法由初值设计和精确解求解两部分组成。首先,利用伪状态理论,通过简单迭代设计中途修正的初值,并通过Vinti预报方法修正了地球扁率的影响。然后,在求解精确解... 针对地月转移轨道中途修正问题,提出了一种求解修正速度增量的制导算法。该算法由初值设计和精确解求解两部分组成。首先,利用伪状态理论,通过简单迭代设计中途修正的初值,并通过Vinti预报方法修正了地球扁率的影响。然后,在求解精确解时,提出了一种基于伪状态理论的状态转移矩阵解析算法。该算法通过设计高精度的初值,降低了求解地月转移轨道中途修正问题的难度,而且避免了传统数值方法计算状态转移矩阵的复杂性。数值仿真结果表明,该算法可有效求解中途修正问题。 展开更多

关键词 地月转移轨道 中途修正 伪状态理论 Vinti预报 状态转移矩阵

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载人登月地月转移轨道方案综述 被引量：6

14

作者 彭祺擘 张海联 《载人航天》 CSCD 2016年第6期663-672,705,共11页

在总结国内外月球探测地月转移轨道研究进展与现状的基础上,从整体上研究了地月转移轨道的设计模型及设计约束,分析了不同类型地月转移轨道的特点及适用性。结合载人登月飞行任务特点,讨论了可满足载人登月任务约束的轨道类型及方案,并... 在总结国内外月球探测地月转移轨道研究进展与现状的基础上,从整体上研究了地月转移轨道的设计模型及设计约束,分析了不同类型地月转移轨道的特点及适用性。结合载人登月飞行任务特点,讨论了可满足载人登月任务约束的轨道类型及方案,并通过仿真计算和对比现有转移轨道研究结论,分析了不同类型轨道的飞行时间、能量消耗、月面可达区域等特性,提出了应用建议,可为载人登月任务地月转移轨道方案深入研究提供参考。 展开更多

关键词 载人登月 地月转移轨道 设计约束 地月平动点 自由返回轨道

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地-月系平动点及Halo轨道的应用研究 被引量：26

15

作者 徐明 徐世杰 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第4期695-699,共5页

地-月系统的平动点L1点及L2点的Halo轨道在探月工程中有重要的应用价值,可分别用于地月连续通信覆盖和月球背面的探测。由于在地-月系统中太阳的引力不可忽略,特别是在长时间作用以后,其动力学行为与摄动力较小的日-地系统有明显的不同... 地-月系统的平动点L1点及L2点的Halo轨道在探月工程中有重要的应用价值,可分别用于地月连续通信覆盖和月球背面的探测。由于在地-月系统中太阳的引力不可忽略,特别是在长时间作用以后,其动力学行为与摄动力较小的日-地系统有明显的不同。本文分析了如何利用太阳引力进入地-月系统的L1点及L2点的Halo轨道、以及由Halo轨道进入近月轨道的问题,两者综合起来构成了一条完整的地月低能转移轨道。研究结果对探月轨道设计有一定的参考价值。 展开更多

关键词 平动点 HALO轨道 限制性四体问题 地月转移轨道

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嫦娥一号月球探测卫星轨道设计 被引量：37

16

作者 杨维廉 周文艳 《航天器工程》 2007年第6期16-24,共9页

嫦娥一号卫星航天使命的主要科学目标是对月球及月地空间进行多种遥感探测,航天使命设计的主要和基本的部分是卫星飞行轨道的设计,其中包括在飞行过程中的轨道控制策略的设计。嫦娥一号的这条飞行轨道由三大部分组成:第一部分是绕地飞... 嫦娥一号卫星航天使命的主要科学目标是对月球及月地空间进行多种遥感探测,航天使命设计的主要和基本的部分是卫星飞行轨道的设计,其中包括在飞行过程中的轨道控制策略的设计。嫦娥一号的这条飞行轨道由三大部分组成:第一部分是绕地飞行的调相轨道,它们由周期为16h、24h、48h的三段轨道组成;第二部分是关键的地月转移轨道;第三部分是200km高度绕月飞行的使命轨道。文章给出了整个飞行轨道的设计思想。 展开更多

关键词 月球探测 调相轨道 地月转移轨道 使命轨道 轨道控制

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地月L2点Halo轨道支持的登月轨道优化设计 被引量：3

17

作者 曹鹏飞 孙俞 +1 位作者 贺波勇 李海阳 《载人航天》 CSCD 2017年第5期602-607,共6页

针对低成本月球探测任务轨道设计问题,基于不变流形提出了地月L2点Halo轨道支持的登月方案,并研究了轨道优化设计方法。建立了3脉冲从近地停泊轨道(LEO)到环月轨道(LLO)的不变流形转移轨道数学模型;设计了全局遍历初值搜索和局部梯度优... 针对低成本月球探测任务轨道设计问题,基于不变流形提出了地月L2点Halo轨道支持的登月方案,并研究了轨道优化设计方法。建立了3脉冲从近地停泊轨道(LEO)到环月轨道(LLO)的不变流形转移轨道数学模型;设计了全局遍历初值搜索和局部梯度优化的串行优化设计方法,并采用圆型限制性三体模型(CR3BP)优化了一条从LEO出发,通过稳定流形轨道、地月L2点Halo轨道、不稳定流形轨道,最终抵达LLO的燃料最优转移轨道;给出了仿真实例,仿真结果验证了文章所述方法的正确性。研究结论可为未来低成本地月转移或Halo轨道空间站支持的登月方案提供参考。 展开更多

关键词 地月转移轨道 地月 L2点 HALO轨道 不变流形 优化设计

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飞月轨道引力捕获设计方法研究 被引量：3

18

作者 朱仁璋 俞南嘉 余梦伦 《宇航学报》 EI CSCD 北大核心 2000年第4期7-14,共8页

利用太阳引力摄动与月球绕飞设计的地月转移轨道 (飞月轨道 ) ,与霍曼转移相比 ,虽然飞行时间较长 (约三、四个月 ) ,但可显著节省速度增量 (可达 15 0米 /秒 ) ,对无人月球探测器尤为适合。应用平面圆型限制性四体问题动力学模型 ,选... 利用太阳引力摄动与月球绕飞设计的地月转移轨道 (飞月轨道 ) ,与霍曼转移相比 ,虽然飞行时间较长 (约三、四个月 ) ,但可显著节省速度增量 (可达 15 0米 /秒 ) ,对无人月球探测器尤为适合。应用平面圆型限制性四体问题动力学模型 ,选择从月球出发的初始条件。借助“地心距 时间曲线” ,从平面圆型限制性四体问题转换为一般的限制性四体问题。通过典型模拟计算 ,分析负向积分 (从月球轨道出发 )初始轨道参数及太阳方位对月球探测器轨迹的影响 。 展开更多

关键词 地月转移轨道 引力捕获 飞月轨道 月球探测器

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月球探测器轨道设计新方法研究 被引量：2

19

作者 朱仁璋 俞南嘉 李颐黎 《航天器工程》 1999年第1期28-32,共5页

利用太阳引力摄动与月球绕飞设计地月转移轨道,是月球探测器轨道设计的一种新方法。与霍曼转移相比,这种新型轨道飞行时间较长(约三、四个月),但显著节省速度增量(可达150m/s),对月球探测器工程具有诱人的实际应用价值。对应用引力捕获... 利用太阳引力摄动与月球绕飞设计地月转移轨道,是月球探测器轨道设计的一种新方法。与霍曼转移相比,这种新型轨道飞行时间较长(约三、四个月),但显著节省速度增量(可达150m/s),对月球探测器工程具有诱人的实际应用价值。对应用引力捕获设计地月转移轨道新方法,本文比较全面地论述了研究目标、研究内容、研究方法与步骤,并从大量算例中给出若干典型轨迹予以辅证。 展开更多

关键词 月球探测器 轨道设计 地月转移轨道 引力捕获

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月球垂直软着陆轨道初步设计 被引量：2

20

作者 林胜勇 李珠基 和兴锁 《中国空间科学技术》 EI CSCD 北大核心 2005年第2期47-51,共5页

采用圆锥曲线拼接法,建立了月球垂直着陆的数学模型;推导了地月转移轨道和一些重要参数的初步设计和计算方法。通过仿真,给出了理想情况下和考虑推力大小时月球垂直着陆轨道运动特性。对运动特性的分析结果可为轨道初步设计提供一定的... 采用圆锥曲线拼接法,建立了月球垂直着陆的数学模型;推导了地月转移轨道和一些重要参数的初步设计和计算方法。通过仿真,给出了理想情况下和考虑推力大小时月球垂直着陆轨道运动特性。对运动特性的分析结果可为轨道初步设计提供一定的参考。 展开更多

关键词 初步设计 月球 软着陆 地月转移轨道 垂直着陆 运动特性 圆锥曲线 数学模型 计算方法 分析结果 推力

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