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月球卫星调相轨道控制初步研究 李革非朱民才 (北京航天指挥控制中心，北京 100094) 摘要对月球卫星的调相轨道控制进行了初步研究。基于调相轨道控制的目标和调相轨道控 制具有有限推力长弧段飞行的特点。提出了调相轨道控制幕略，明确了待优化确定的变轨参数，蛤 出了变轨参数优化设计方法。通过计算算例实现，得到了对调相轨道控制策略验证和改进的初步 结论。 关键词 月球卫星。调相轨道，轨道控制。 引言 月球卫星的飞行轨道包括三个轨道段。第一段是调相轨道段；第二段是地月转移轨道段；第三段是月球 捕获轨道段。调相轨道段从卫星进入近地点高度为200km、远地点高度约5万km、周期约16小时的超地球 同步轨道开始；为了有利于近地点的测控，在第二圈的远地点作一次小的轨道机动将近地点高度抬高到 600km；卫星运行三圈后到达近地点进行第一次大的轨道机动，将轨道变为周期24小时、远地点高度约7万 km的轨道；卫星在这条轨道上运行一至三圈，到达近地点时进行第二次大的轨道机动，变为周期48小时、远 地点高度约12万km的轨道；卫星再次回到近地点时调相轨道结束，第三次大的轨道机动使卫星进人飞向 月球的地月转移轨道…。 调相轨道控制的目标是使卫星进入预定的地月转移轨道，实现卫星在地月转移轨道的远地点与月球交 会。通过选择调相轨道，增加或减少1星在调相轨道上的运行时间，修正发射误差，增加发射机会和扩大发 射窗口。在人轨误差、控制误差和飞行过程有所变化的情况下，仍能实现卫星进入预定的地月转移轨道。 调相轨道控制过程为有限推力长弧段动力飞行过程，推力弧段越长，推力重力损失越大，轨道参数变化 越复杂，因此，凋相轨道的合理选择应以节省能量和获得合适的控后轨道为优化目标，并且，寻求每次变轨的 最优开关机控制时刻和最优推力方向在空间的变化规律。 由于词相轨道控制多在轨道近地点实施，测控弧段有可能不能保证全弧段满足变轨要求，因此需要合理 安排，保证卫星建立点火姿态等各项变轨准备能得到地面测控的支持。另外，变轨期间的姿态敏感器的工作 条件也必须予以保证。 1调相轨道控制 1．1调相轨道控制策略 根据月球卫星轨道设计技术状态，凋相轨道控制次数为4次。在人轨后的第2远地点，以抬高近地点到 在第5近地点将24小时轨道控制为48小时轨道；在第6近地点将48小时轨道控制为地月转移轨道。进入 标称地月转移轨道的卫星最终达到标称近月轨道参数：近月高度200km，月球轨道倾角90。。 调相轨道控制策略【21包括：确定调相控制次数；确定开机的远地点和近地点；确定每次变轨的目标轨 道；确定每次变轨的控制参数；确定卫星变轨期间推力方向的姿态变化规律。 正常情况下。可明确的变轨参数为： 1)调相轨道控制次数：4次； 】91 2)调相轨道控制点：人轨后第2远地点和第4、5、6近地点； 标；在第6近地点，以预定地月转移轨道的半长轴为目标将48小时轨道控制为地月转移轨道，并且卫星以准 确的预定地月转移轨道起点时刻进人地月转移轨道。 待优化确定的变轨参数： 1)24小时轨道控制和48小时轨道控制的目标轨道 2)每次变轨的起控点(轨道真近点角)或开机时刻 3)每次变轨的速度增量或开机时间长度 4)每次变轨的推力方向姿态变化规律 约束条件： 1)每次调相轨道控制过程的地面测控支持； 2)变轨期问姿态敏感器的要求； 约束条件将作为变轨参数优化确定的约束。 1．2变轨参数优化确定 最佳地选择变轨参数，使稠相轨道的最终轨道进人预定的地月转移轨道，并且使调相轨道控制所需的燃 耗最小，是变轨参数优化的主要内容。 在进行上述变轨参数优化时，目标函数定义为： J=Avl+Av2+Av3+△”4 其中，△”I，Av2，△”3，△”。分别为4次凋丰廿轨道控制的速度增量。 变轨参数优化设计： 1)以预定的地月转移轨道为控制目标，按照轨道设计确定的调相控制次数和控制点，精确确定变轨的远 地点和近地点。凋相轨道设计为：在第2远地点，16小时轨道1到16小时轨道2的控制以抬高近地点到 小时轨道；在第6近地点将48小时轨道控制为以预定地