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《国防科学技术大学》 2011年
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载人火星探测任务轨道和总体方案研究

李桢  
【摘要】:载人深空探测是近年来航天领域的热点研究方向。火星是太阳系中性质与地球最相似的行星,是未来载人探索的一个极具吸引力和挑战性的目标。本文以载人火星任务为研究对象,从星际转移轨道设计、任务综合发射窗口规划、中止任务轨道设计、总体方案选择和评估等几个方面进行了专题研究,具体研究工作如下: 设计了几种不同类型的地球火星往返转移轨道,并从燃料消耗和任务约束角度展开了分析研究。运用Lambert交会算法,研究了一个火星大冲周期(15年)内不同出发/到达时刻对应的地-火两脉冲往返转移所需的变轨速度增量分布,并通过改进的Pork-chop图给出了直观表述,在此基础上,给出了能量最优的长期停留合点轨道和短期停留轨道。结合大推力变轨和小推力变轨的特点,提出了混合推力轨道方案,采用遗传算法和序列二次规划相结合的方法设计了节约燃料、任务灵活的混合推力轨道。研究了适用于长期多次往返任务的地球-火星Aldrin循环轨道,探讨了同时考虑地球和火星引力辅助变轨情况下的循环轨道方案。研究了地火转移末段的气动辅助捕获问题,给出了任务约束条件,求解了进入走廊,并分析了相关参数对轨道的影响。 研究了载人火星任务综合窗口。通过有效的简化模型,分析了地火转移发射时机的分布特点;在简化模型基础上,采用圆锥曲线拼接模型和高精度模型逐步求解了满足停泊轨道高度和倾角约束的高精度转移轨道,得到高精度的地球-火星转移发射窗口。由于大规模载人火星飞船各舱段需要在近地轨道多次组装,建立了交会对接发射窗口约束条件的数学模型,求解了相应的近地轨道发射窗口。将地火转移发射窗口和近地轨道组装发射窗口结合考虑,得到火星飞行任务综合发射窗口。 设计了载人火星探测故障后中止任务返回的轨道。研究分两方面,一是研究了地球-火星-地球、地球-火星-金星-地球地球-金星-火星-地球三类自由返回轨道的特点,从飞行时间和能量需求方面分析了每种轨道方案的可行性;二是以两脉冲合点往返轨道为基准,分析了载人任务全程不同阶段中止任务应急返回的变轨策略。结果表明:无论是自由返回轨道,还是应急返回轨道,都不存在能量需求、飞行时间都十分理想的中止方案;载人火星探索任务全程中,可以应急返回的时段非常有限,且各种返回模式均需要较长的返航飞行时间和较大的燃料消耗。 研究了载人火星任务总体方案评价与选择问题。建立了一套基于选择分支树图表的方案遴选方法,从轨道方案、飞行体系、推进系统、乘员人数等多个方面对一系列载人火星任务总体方案特征集进行定性评价,通过比较分析遴选出若干备选方案。分别采用了基于近地轨道出发质量(IMLEO)与技术成熟度(TRL)的模型和基于多准则决策的模型对备选方案进行定量评价。两模型评估结果均表明,基于近地轨道组装的短期停留化学推进整体式方案是理想的载人火星任务方案。在登火星任务方案研究基础上,本文进一步对比分析了载人登月、登近地小行星和登火星三类任务的共同点和差异,进而讨论了这三类载人深空探测任务的继承性问题。
【学位授予单位】:国防科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:V412.41

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【引证文献】
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1 张文博;成跃;王宁飞;;基于Lambert交会算法的Aldrin循环轨道优化设计[A];中国宇航学会深空探测技术专业委员会第九届学术年会论文集(上册)[C];2012年
【参考文献】
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1 周旭东;张振鹏;;载人火星探测飞行方案[J];北京航空航天大学学报;2010年05期
2 陈闽慷;;从国际空间探测到我国发展策略[J];导弹与航天运载技术;2006年02期
3 龙乐豪;容易;;现代“嫦娥奔月”的技术途径设想[J];导弹与航天运载技术;2008年01期
4 张旭辉;刘竹生;;火星探测器轨道设计与优化技术[J];导弹与航天运载技术;2008年02期
5 倪怀玮,郑永飞;火星生命研究的进展与前景[J];地球科学进展;2002年04期
6 叶培建;彭兢;;深空探测与我国深空探测展望[J];中国工程科学;2006年10期
7 朱毅麟;载人火星航行离我们有多远?[J];国际太空;2001年03期
8 谢红军,洪鑫;深空探测器推进系统[J];上海航天;2003年02期
9 高玉东;郗晓宁;王威;;地月空间飞行轨道分层搜索设计[J];宇航学报;2006年06期
10 尚海滨;崔平远;栾恩杰;;地球-火星的燃料最省小推力转移轨道的设计与优化[J];宇航学报;2006年06期
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1 彭祺擘;基于空间站支持的载人登月方案研究[D];国防科学技术大学;2007年
【共引文献】
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1 杨洋;范丽;董绪荣;;IGSO星座分析与优化设计[J];兵工自动化;2008年11期
2 杨晓丹;马志昊;;分布式天基空间监视雷达编队构形[J];兵工自动化;2009年07期
3 王浚,余建祖,庄达民,林贵平;新兴的人机与环境工程技术科学[J];北京航空航天大学学报;2002年05期
4 宁晓琳,房建成;航天器自主天文导航系统的可观测性及可观测度分析[J];北京航空航天大学学报;2005年06期
5 邱义芬,袁修干,陈拥华;舱外航天服空间热流分析计算[J];北京航空航天大学学报;2005年09期
6 张丽艳;戚发轫;李颐黎;;交会对接远距离导引精度分析[J];北京航空航天大学学报;2006年06期
7 马文臻;郑建华;高长生;;太阳高纬探测器的借力飞行轨道设计[J];北京航空航天大学学报;2006年08期
8 卢山;陈统;徐世杰;;基于自适应模拟退火遗传算法的最优Lambert转移[J];北京航空航天大学学报;2007年10期
9 汪颋;董云峰;韩潮;;基于航天器解体事件的空间碎片寿命算法[J];北京航空航天大学学报;2007年11期
10 李明涛;郑建华;于锡峥;高东;;日地平动点卫星两脉冲转移轨道设计[J];北京航空航天大学学报;2009年07期
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1 黄琳;段志生;杨莹;;现代飞行器控制的几个科学问题[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
2 沈昱恒;侯明善;;空间自主交会平行接近制导控制方法设计[A];中国自动化学会控制理论专业委员会C卷[C];2011年
3 王海红;郑晋军;何善宝;初海彬;韩治刚;李长江;;基于上注星历导航卫星分布式自主定轨系统[A];第二届中国卫星导航学术年会电子文集[C];2011年
4 刘国华;吴宅莲;尚琳;肖寅;王毅;;基于星间链路的自主导航精度分析研究[A];第二届中国卫星导航学术年会电子文集[C];2011年
5 王海红;武向军;初海彬;王庆华;迟军;李长江;;导航星座星间链路拓扑构形设计与分析[A];第二届中国卫星导航学术年会电子文集[C];2011年
6 尚琳;刘国华;刘善伍;张锐;李国通;;地面锚固站消除自主导航中星座旋转误差的性能评估[A];第三届中国卫星导航学术年会电子文集——S03精密定轨与精密定位[C];2012年
7 张亚锋;和兴锁;;椭圆轨道小推力最短时间交会研究[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文集[C];2007年
8 肇文丽;蔡远文;卢旭军;;多种卫星方案核爆监测站覆盖仿真分析[A];第十三届全国核电子学与核探测技术学术年会论文集(下册)[C];2006年
9 杨锐;万敏;路大举;;基于Tracepro的卫星光学特征模拟[A];第十七届全国激光学术会议论文集[C];2005年
10 郑建华;高怀宝;刘正常;高东;于锡峥;;“星际高速公路”理论在深空探测中的应用[A];中国空间科学学会空间探测专业委员会第十九次学术会议论文集(上册)[C];2006年
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1 马威;多模块并联DC/DC电力变换技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 王丹丹;基于月球平动点轨道的星座自主定轨研究[D];解放军信息工程大学;2010年
3 周迎春;计入大气阻力的电动力绳系系统的稳定性分析与控制[D];北方工业大学;2011年
4 赵沛;微小推力太阳能热推进系统高效聚光技术研究[D];兰州理工大学;2010年
5 陶君;基于FPGA的空间探测雷达信号模拟器设计与实现[D];电子科技大学;2011年
6 吴晓君;合成月壤与足垫相互作用模型试验研究[D];浙江大学;2011年
7 李立春;月球探测器软着陆缓冲机构缓冲性能分析研究[D];南京航空航天大学;2009年
8 张则梅;月球着陆器结构设计技术及仿真分析[D];南京航空航天大学;2009年
9 范玉洁;空间拦截器制导与控制技术研究[D];南京航空航天大学;2010年
10 李博;基于星间定向观测的导航星座长期自主定轨技术研究[D];南京航空航天大学;2010年
【同被引文献】
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1 欧阳自远 ,李春来 ,邹永廖 ,刘建忠 ,徐琳;深空探测的进展与我国深空探测的发展战略[J];中国航天;2002年12期
【二级参考文献】
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1 房建成;宁晓琳;;月球探测器天文导航的遗传粒子滤波方法[J];北京航空航天大学学报;2006年11期
2 马永红;周荣喜;李振光;;基于离差最大化的决策者权重的确定方法[J];北京化工大学学报(自然科学版);2007年02期
3 刘峰,燕琴,高武俊;月球探测的发展[J];测绘科学;2004年04期
4 李平,张纪生;俄罗斯深空测控通信技术的发展及现状[J];电讯技术;2003年04期
5 王劼,崔乃刚,刘暾,周文艳;有限推力登月飞行器燃料消耗研究[J];导弹与航天运载技术;2000年06期
6 谷立祥,刘竹生;相位环地月转移轨道研究[J];导弹与航天运载技术;2002年03期
7 谷立祥,刘竹生;使用遗传算法和B平面参数进行月球探测器地月转移轨道设计[J];导弹与航天运载技术;2003年03期
8 林胜勇,李珠基,和兴锁;月球探测器转移轨道特性[J];导弹与航天运载技术;2004年03期
9 佟艳春;;美国重返月球计划[J];导弹与航天运载技术;2006年02期
10 孙宝忱;荣思远;;向月飞行轨道误差分析[J];导弹与航天运载技术;2006年06期
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1 徐敏;李俊峰;王照林;;月球探测器轨道设计研究[A];“力学2000”学术大会论文集[C];2000年
2 何巍;徐世杰;;地月低能转移轨道中途修正的设计与分析[A];全国第十二届空间及运动体控制技术学术会议论文集[C];2006年
3 倪维斗;李广宇;严俊;赵海斌;;月球激光测距精度的改进与绕月卫星双有效载荷计划概念[A];中国宇航学会深空探测技术专业委员会第一届学术会议论文集[C];2005年
4 谢剑锋;李革非;;偏差轨道下地月转移轨道的再确定[A];中国宇航学会深空探测技术专业委员会第二届学术会议论文集[C];2005年
5 平劲松;;月球重力场异常对“嫦娥”一期绕月卫星在轨寿命和轨道变化影响的数值仿真分析[A];中国宇航学会深空探测技术专业委员会第二届学术会议论文集[C];2005年
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1 阮开利;小型月球探测器轨道设计[D];西北工业大学;2001年
2 马文臻;深空探测器的轨道设计与优化[D];中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心);2006年
3 白玉铸;月球探测器轨道特性分析[D];国防科学技术大学;2005年
4 张云燕;月球探测器轨道及测控技术研究与仿真[D];西北工业大学;2007年
5 郭磊;月球探测器地月转移轨道测控技术仿真研究[D];西北工业大学;2007年
6 刘冰;环月航天器轨道预报方法研究[D];国防科学技术大学;2006年
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1 ;欧洲火星探测计划[J];国外科技动态;2004年03期
2 谭天;;移民去火星[J];科技潮;2008年01期
3 刘向明;;人类飞向火星的准备[J];江苏航空;1996年Z1期
4 刘浏;美国“勇气”号登陆火星探寻生命踪迹[J];科学之友;2004年01期
5 陈丹;火星探测史画[J];太空探索;2004年03期
6 吴国兴;;形形色色的载人火星飞船[J];太空探索;2006年02期
7 马杰;;火星探测车依然健在[J];科学世界;2006年03期
8 李兆华;火星探测引起的感想[J];当代矿工;1997年12期
9 ;未来火星探测四部曲[J];国外科技动态;2004年03期
10 颜亮;;这是一个属于火星的季节——走进火星探测大本营[J];生命世界;2004年02期
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1 伊成俊;刘林;戴光明;罗刚桥;王立;史旺林;周璐;刘宇飞;;火星探测任务轨道设计[A];中国宇航学会深空探测技术专业委员会第七届学术年会论文集[C];2010年
2 高冀;张衡;王立;周杨;刘磊;刘宇飞;;火星探测基础数据库研究[A];中国宇航学会深空探测技术专业委员会第七届学术年会论文集[C];2010年
3 侯欣宾;王立;;我国火星探测发展设想[A];中国宇航学会深空探测技术专业委员会第七届学术年会论文集[C];2010年
4 戴超;佘明生;;国际火星探测研究[A];中国空间科学学会空间探测专业委员会第十四次学术会议论文集[C];2001年
5 陈昌亚;方宝东;王伟;褚英志;;基于萤火一号技术的自主火星探测方案[A];中国宇航学会深空探测技术专业委员会第七届学术年会论文集[C];2010年
6 周率;唐歌实;李黎;段成林;许尤福;;火星探测中空间环境若干问题的探讨[A];中国宇航学会深空探测技术专业委员会第七届学术年会论文集[C];2010年
7 袁子;王慧;王立;史旺林;侯欣宾;;火星探测有效载荷概述[A];中国宇航学会深空探测技术专业委员会第七届学术年会论文集[C];2010年
8 荣伟;朱维亮;;火星探测及其软着陆技术[A];中国空间科学学会空间探测专业委员会第十四次学术会议论文集[C];2001年
9 赵峭;邓忠民;;简单推力矢量控制在小推力作用下轨道转移中的应用[A];北京力学会第15届学术年会论文摘要集[C];2009年
10 侯明东;刘杰;张庆祥;甄红楼;;火星探测的现状与未来[A];中国空间科学学会空间探测专业委员会第十四次学术会议论文集[C];2001年
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1 新华社记者 李雪梅 钱铮;火星探测:没实力玩不转[N];新华每日电讯;2004年
2 董映璧;俄模拟载人火星探测飞行[N];科技日报;2004年
3 顾晓萍 苏喜娥;铁道学院参与火星探测计划[N];石家庄日报;2009年
4 繁星;解读欧洲火星探测计划[N];中国航天报;2004年
5 记者 卞晨光;美公布新的火星探测计划[N];科技日报;2000年
6 黄全权林丽鹂;3年内我国将完成中俄联合火星探测项目[N];新华每日电讯;2007年
7 赵磊;我国未来3年完成中俄火星探测[N];北京商报;2007年
8 栾海;火星探测取得新成果[N];中国矿业报;2001年
9 本报实习记者 唐逸;我把伏羲的名字刻在火星[N];北京科技报;2006年
10 庞之浩;火星探测为何再掀热潮[N];大众科技报;2004年
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1 李桢;载人火星探测任务轨道和总体方案研究[D];国防科学技术大学;2011年
2 沈欣;光学遥感卫星轨道设计若干关键技术研究[D];武汉大学;2012年
3 任远;星际探测中的小推力转移轨道设计与优化方法研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
4 唐艳;磁性矿物的模拟合成与交叉科学问题研究[D];中国科学技术大学;2007年
5 法文哲;月球微波遥感的理论建模与参数反演[D];复旦大学;2008年
6 李明涛;共线平动点任务节能轨道设计与优化[D];中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心);2010年
7 张鹏宇;空间拦截最优轨道设计[D];哈尔滨工业大学;2009年
8 赵玉晖;深空探测中的轨道设计和轨道力学[D];南京大学;2012年
9 彭晓东;空间科学探测任务仿真概念模型研究[D];中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所);2008年
10 郗晓宁;月球探测器轨道动力学及其设计[D];中国科学院上海天文台;2000年
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1 曾宪琳;有约束的能量最优轨道转移问题[D];哈尔滨工业大学;2011年
2 赵国强;深空探测飞行任务轨道设计[D];清华大学;2011年
3 周利均;空间飞行器轨道转移与绕飞轨迹设计与优化[D];哈尔滨工业大学;2011年
4 刘峰;有限推力轨道转移优化方法与应用研究[D];国防科学技术大学;2009年
5 梁雅港;火星探测任务三维仿真关键技术研究[D];解放军信息工程大学;2011年
6 李亮;航天器轨道转移与交会最优控制研究[D];西北工业大学;2005年
7 魏艳艳;发射椭圆轨道航天器与圆轨道多目标相交问题的研究[D];国防科学技术大学;2008年
8 刘传军;YH-1等离子体探测包地面检测设备设计与研制[D];中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心);2008年
9 张艺腾;火星背阳面电子沉降对电离层的影响[D];中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心);2008年
10 陶涛;复杂结构井轨道设计系统研究与开发[D];西安石油大学;2011年
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