基于末级钝化推力变轨的月球借力轨道设计

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1、2016年第1期导弹与航天运载技术No.12016总第343期MISSILESANDSPACEVEHICLESSumNo.343文章编号：1004-7182(2016)01-0009-04DOI：10.7654/j.issn.1004-7182.20160103基于末级钝化推力变轨的月球借力轨道设计李重远，王建明，周天帅，何兆伟，朱冬阁（北京宇航系统工程研究所，北京，100076）摘要：对于运载火箭发射探月返回飞行试验器任务，火箭末级会跟随试验器再入返回地球，因其再入速度快、落区散布范围广，存在严重的安全隐患。为解决末级

2、再入带来的安全性问题，提出基于末级钝化推力变轨的月球借力轨道设计方法，使末级进入绕地月飞行的大椭圆轨道。利用钝化推力实现月球引力辅助变轨，进而达到优化绕地月飞行轨道近地点高度的目的。关键词：探月返回；火箭末级；再入地球；钝化推力；月球借力；轨道设计+中图分类号：V412.41文献标识码：AStudyontheMoon-gravityAssistedTrajectoryDesignUtilizingPassivated-thrustofFinalStageofLaunchVehicleManeuverLiZhong-yua

3、n,WangJian-ming,ZhouTian-shuai,HeZhao-wei,ZhuDong-ge(BeijingInstituteofAerospaceSystemsEngineering,Beijing,100076)Abstract:Inthelunarflyby-returnmissions,thefinalstageoflaunchvehicleshouldgoeswithlunarexplorationspacecraftandreturntoEarth,whichbringsserioussecuri

4、tyconcernsforitsultra-highre-enteringspeedandultra-widefallingregion.Herein,thedevelopmentonthelargeellipseorbiting-Earthtrajectorydesignisstudied.Thesecurityproblemoffinalstageofvehicleinthereentryprocessissolved.Passivated-thrustmaneuverisadoptedintheMoon-gravi

5、tyassistedtrajectorydesign,andthealtitudeoftheperigeeoftheorbiting-Earthisoptimized.Keywords:Lunarreturn;Finalstageoflaunchvehicle;Re-entryearth;Passivated-thrust;Lunargravityassist;Trajectorydesign0引言迭代末级飞行程序角，在兼顾器箭远场安全性的基础运载火箭发射探月返回飞行试验器，器箭分离时上，利用钝化推力进行轨道机动接近月球

6、，进而实施火箭末级与试验器具有相同的轨道根数，绕月飞行后月球引力的借力。月球借力轨道设计关系如图1所示。最终再入返回地球。由于器箭分离后的火箭末级轨道机动能力有限，导致末级再入地球时落区散布范围很广，并且火箭末级再入速度快，再入过程往往无法完全烧毁，给末级残骸的落点预报和安全防护带来极大困难。本文设计了末级月球借力机动轨道，利用末级排放剩余能量产生的钝化推力进行轨道机动，从而接近月球实施月球引力的借力，使末级进入绕地月飞行稳图1月球借力轨道设计关系图定轨道，规避了末级再入地球带来的安全性问题。V-月球公转速度；V-飞越月

7、球之前的速度；V-飞越月球之后的速plio度；V-入射双曲线超速；V-出射双曲线超速；∆V-通过飞越获得∞i∞o1月球借力轨道设计方法的速度增量1.1总体思路基于钝化变轨的月球借力轨道设计的总体思路：由图1可以看出，V，V，∆V，V，V，V的∞i∞oplio收稿日期：2015-04-03；修回日期：2015-06-19作者简介：李重远（1985-），男，工程师，主要研究方向为弹道设计10导弹与航天运载技术2016年矢量关系。月球公转速度V与V和V的夹角分别用α实施过程如图3所示。plioi和α表示。进入月球引力影响球之后

8、，考虑局部二体o问题，末级将以双曲线轨道近距离接近并离开月球。由于月球引力为保守力，末级飞越前后入射及出射双曲线超速大小完全相等，方向发生偏转。一般来讲，V，plV和V并不共面，除非V在V和V确定的平面内，iopl∞o∞i大多数初步分析中可以进行类似的假设。1.2设计过程以月球影响球为边界，通过入口点B和出口点C（B