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嫦娥五号平动点拓展任务轨道方案研究

宇航学报 2022年第3期43卷 293-300页

作者：刘磊刘勇陈明谢剑锋马传令北京航天飞行控制中心航天飞行动力学技术重点实验室北京100094

中国嫦娥五号探测器成功实现月球采样返回任务,为最大限度利用任务资源,研究了利用嫦娥五号轨道器的平动点拓展任务轨道方案,设计了平动点轨道及其转移轨道。首先,给出了任务轨道设计的轨道动力学模型,包括圆型限制性三体问题模型和精... 详细信息

中国嫦娥五号探测器成功实现月球采样返回任务,为最大限度利用任务资源,研究了利用嫦娥五号轨道器的平动点拓展任务轨道方案,设计了平动点轨道及其转移轨道。首先,给出了任务轨道设计的轨道动力学模型,包括圆型限制性三体问题模型和精确力模型。其次,基于嫦娥二号和嫦娥5T1平动点拓展任务设计经验,介绍了平动点轨道直接转移与入轨等轨道设计方法。最后,基于嫦娥五号轨道器与返回器分离后的状态,设计了包括日地Lissajous轨道、地月Lyapunov轨道和NRHO轨道的平动点拓展任务方案,其中日地Lissajous轨道方案分别考虑了轨道器规避机动至不同近地点高度的情况,地月Lyapunov轨道方案采用月球借力转移方式并且涵盖了地月L1和L2点,NRHO轨道方案包括直接深空机动转移和经日地L1点转移的方式。研究结果表明,拓展任务方案所需速度增量不超过400 m/s,最小为103 m/s,转移飞行时间基本不超过90天,最短为70天,研究方案可为嫦娥五号轨道器拓展飞行任务提供有益参考,实现了我国首次日地L1点探测飞行。

关键词：嫦娥五号平动点转移轨道拓展任务轨道设计

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基于HTN的巡视器动态规划方法

系统工程与电子技术 2024年第2期46卷 631-639页

作者：师明高宇辉张弓北京航天飞行控制中心北京100094 航天飞行动力学技术重点实验室北京100094

为提升深空探测任务中巡视器动态规划处理效率,从航天工程实践经验出发,结合分层任务网络(hierarchical task network,HTN)理论研究成果,提出巡视器领域知识建模方法以及动态规划流程。针对经典动作规划系统不能处理时态约束关系的问题... 详细信息

为提升深空探测任务中巡视器动态规划处理效率,从航天工程实践经验出发,结合分层任务网络(hierarchical task network,HTN)理论研究成果,提出巡视器领域知识建模方法以及动态规划流程。针对经典动作规划系统不能处理时态约束关系的问题,在建模中引入受限状态事件的表示方法。针对动态规划中的时态约束关系,拓展Allen区间代数的定义,提出事件、全局时间点和虚拟事件的时序逻辑判断方法。针对动态规划中存在的状态空间一致性问题,提出虚拟指令继承原有状态空间的方法。研究结果完善了HTN在航天领域的知识建模方法,解决了经典动作规划缺少时间信息约束的缺陷。所提出的虚拟事件、虚拟指令解决动态规划状态判定方法,可有效提高深空探测任务中巡视器遥操作的工作效能和地面中心进行事件处理的灵活性。

关键词：分层任务网络动态规划虚拟指令遥操作

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非合作目标弹道系数解算研究及应用

北京航空航天大学学报 2023年第5期49卷 1036-1043页

作者：刘舒莳李勰满海钧陈光明曹建峰鞠冰北京航天飞行控制中心北京100094 航天飞行动力学技术重点实验室北京100094

弹道系数是非合作目标轨道预报的重要参数,对于数目庞大的非合作目标,利用有限的测控资源进行弹道系数的快速解算是空间目标监测的迫切需求。基于双行根数(TLE)的半长轴衰减信息,提出了一种改进的弹道系数解算算法。通过多项式平滑检测... 详细信息

弹道系数是非合作目标轨道预报的重要参数,对于数目庞大的非合作目标,利用有限的测控资源进行弹道系数的快速解算是空间目标监测的迫切需求。基于双行根数(TLE)的半长轴衰减信息,提出了一种改进的弹道系数解算算法。通过多项式平滑检测和二次判别,识别出野值、轨道机动和地磁暴3种情况;分析了构造半长轴衰减观测量的依据,比较了不同观测弧长对弹道系数解算的影响;利用天宫一号数据对所提算法解算的弹道系数进行精度评估,并将解算结果在天宫一号陨落预报中进行验证。结果表明:基于TLE解算的弹道系数稳定、准确,适用于非合作目标轨道预报。

关键词：非合作目标轨道预报双行根数弹道系数陨落预报

嫦娥五号探测器多圈调相地月转移应急轨道设计与分析

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宇航学报 2022年第3期43卷 301-309页

作者：曹鹏飞刘勇马传令陈明北京航天飞行控制中心北京100094 航天飞行动力学技术重点实验室北京100094

针对嫦娥五号任务上升段末期火箭二级发动机可能出现的提前关机故障造成入轨半长轴偏差较大和中途修正速度增量超限问题,提出了多圈调相地月转移轨道应急控制策略。首先,分析了不同入轨半长轴偏差、中途修正时刻与中途修正速度增量消耗... 详细信息

针对嫦娥五号任务上升段末期火箭二级发动机可能出现的提前关机故障造成入轨半长轴偏差较大和中途修正速度增量超限问题,提出了多圈调相地月转移轨道应急控制策略。首先,分析了不同入轨半长轴偏差、中途修正时刻与中途修正速度增量消耗之间的关系;其次,针对半长轴偏差较大问题,基于微分改正算法与B平面参数,设计了解析窗口搜索与多圈调相地月转移轨道一体化求解算法,实现了调相圈数和周期的快速规划与地月转移轨道的联合求解,有效降低了速度增量消耗,提高探测器入轨半长轴偏差适应范围。通过仿真实例,验证了策略的正确性与可行性,并通过遍历半长轴偏差,给出了多圈调相地月转移轨道特性分析。研究结果可应用于中国后续(载人)月球探测任务应急轨道设计。

关键词：嫦娥五号半长轴偏差多圈调相地月转移应急轨道设计特性分析

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深空网干涉测量数据对嫦娥五号定轨能力分析

宇航学报 2022年第2期43卷 183-188页

作者：孔静张宇任天鹏欧阳琦李翠兰段建锋慎千慧陈明北京航天飞行控制中心北京100094 航天飞行动力学技术重点实验室北京100094

针对嫦娥五号探测器(CE-5)开展基于深空网测量数据的定轨能力分析。首先从测量原理分析了深空网VLBI数据的误差源,然后利用CE-5的精密轨道评估了VLBI数据的误差,最后基于实测数据与协方差分析理论,分析UXB与VLBI数据的定轨能力。结果表... 详细信息

针对嫦娥五号探测器(CE-5)开展基于深空网测量数据的定轨能力分析。首先从测量原理分析了深空网VLBI数据的误差源,然后利用CE-5的精密轨道评估了VLBI数据的误差,最后基于实测数据与协方差分析理论,分析UXB与VLBI数据的定轨能力。结果表明:转移阶段,单独利用深空网测量数据可以获取优于1 km的转移轨道精度,标校VLBI系统偏差后可以实现优于500 m的轨道精度;环月阶段,轨道解算精度优于200 m,VLBI数据对轨道改进有限,系统偏差甚至会降低轨道精度;基于协方差分析表明,VLBI数据可以降低转移阶段的形式误差近1个量级,但对于环月阶段改进量小于10%。

关键词：嫦娥五号探测器干涉测量轨道计算协方差分析

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自由返回轨道的P平面参数快速设计方法

宇航学报 2022年第11期43卷 1444-1453页

作者：刘勇刘磊曹鹏飞张尧北京航天飞行控制中心北京100094 航天飞行动力学技术重点实验室北京100094

针对自由返回轨道求解过程中地心轨道类型变化造成的B平面参数方法计算失败问题,提出一种基于P平面参数的自由返回轨道快速设计方法。首先,基于轨道半通径参数的普适性,给出了不同轨道类型的P平面参数定义,建立了以P平面参数为求解目标... 详细信息

针对自由返回轨道求解过程中地心轨道类型变化造成的B平面参数方法计算失败问题,提出一种基于P平面参数的自由返回轨道快速设计方法。首先,基于轨道半通径参数的普适性,给出了不同轨道类型的P平面参数定义,建立了以P平面参数为求解目标量的自由返回轨道求解模型。其次,给出了基于P平面参数的自由返回轨道快速设计方法,在构建的瞬时地月惯性系下,以平面双二体自由返回轨道作为初值,实现了高精度力模型下的自由返回轨道快速求解。对8种构型自由返回轨道的设计结果表明,P平面参数具有类似于B平面参数的大收敛域,且有效解决了轨道类型变化对计算的影响,可直接应用于中国后续月球探测任务轨道设计。

关键词：自由返回轨道 P平面参数轨道设计高精度模型载人月球探测

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动量轮卸载对“天问一号”环火轨道影响分析

深空探测学报(中英文) 2023年

作者：孔静张宇陈明段建锋李翠兰航天飞行动力学技术重点实验室北京航天飞行控制中心

针对“天问一号”动量轮频繁喷气卸载对环火轨道的扰动问题，首先定性分析了动量轮卸载的摄动量级以及对环火段轨道的影响，然后在RTN(Radial Transverse Normal)坐标系下建立匀加速模型描述动量轮卸载产生的加速度，对环火中继段和遥... 详细信息

针对“天问一号”动量轮频繁喷气卸载对环火轨道的扰动问题，首先定性分析了动量轮卸载的摄动量级以及对环火段轨道的影响，然后在RTN(Radial Transverse Normal)坐标系下建立匀加速模型描述动量轮卸载产生的加速度，对环火中继段和遥感使命段分别采用2种策略计算分析，评估了不同飞行阶段的定轨预报精度。结果表明：频繁的动量轮卸载是影响环火段定轨精度的主要误差因素，目前条件下中继段定轨的位置精度为约150 m，在卸载更为频繁的遥感使命段，位置精度下降至约700 m。

关键词：天问一号动量轮卸载轨道计算精度分析

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火星探测器行星际转移段定轨精度评估

空间科学学报 2023年第3期43卷 499-506页

作者：段建锋张宇孔静陈明李翠兰北京航天飞行控制中心北京100094 航天飞行动力学技术重点实验室北京100094

天问一号是中国第一次实现地火转移行星际飞行的探测器,在长达202天的行星际转移飞行期间,共经历了4次中途修正及1次深空机动控制,在2021年2月10日成功进行了近火制动,被火星捕获而进入环火轨道。本文对探测器行星际转移期间的动力学模... 详细信息

天问一号是中国第一次实现地火转移行星际飞行的探测器,在长达202天的行星际转移飞行期间,共经历了4次中途修正及1次深空机动控制,在2021年2月10日成功进行了近火制动,被火星捕获而进入环火轨道。本文对探测器行星际转移期间的动力学模型进行了分析,制定了转移飞行期间定轨积分中心转换原则:在探测器飞出地球影响球后,定轨积分中心需要由地心更换为日心;对不同版本行星星历表的使用进行了分析,确定了使用DE436行星历表进行计算对定轨影响最小。根据探测器行星际转移飞行的特点,制定了一种基于逐日迭代定轨策略的精度评估方法。基于实测数据分析,验证了该方法的有效性,火星探测器行星际转移期间定轨位置误差优于2 km,速度误差优于20 mm·s^(-1)(1σ)。

关键词：天问一号行星际转移积分中心定轨策略精度评估

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基于机器学习的航天器规避目标威胁博弈决策

航空学报 2023年

作者：张鸿林罗建军马卫华航天飞行动力学技术重点实验室西北工业大学航天学院

针对航天器规避空间目标抵近威胁的决策问题，提出了一种智能决策框架和基于深度强化学习的自主决策方法。考虑到空间目标的机动特性和威胁规避的博弈性，基于“感知-判断-决策-执行”(OODA)环决策思想和机器学习方法，提出了一种航天... 详细信息

针对航天器规避空间目标抵近威胁的决策问题，提出了一种智能决策框架和基于深度强化学习的自主决策方法。考虑到空间目标的机动特性和威胁规避的博弈性，基于“感知-判断-决策-执行”(OODA)环决策思想和机器学习方法，提出了一种航天器威胁规避智能博弈决策框架。基于该框架和对空间目标运动意图的推理，为了使航天器决策控制具备博弈应对能力，设计了基于深度强化学习的航天器机动决策算法和训练环境，实现了对空间目标典型运动意图的规避应对；进一步地，采用自我博弈学习训练提升航天器自主机动决策算法的泛化性和应对目标不确定机动的适应能力。最后，通过算例仿真及分析，验证了所提方法的有效性。

关键词：航天器机动智能决策威胁规避 OODA环深度强化学习