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| 編輯推薦： |
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清华大学优秀博士学位论文丛书（以下简称优博丛书）精选自2014年以来入选的清华大学校级优秀博士学位论文（Top 5%）。每篇论文经作者进一步修改、充实并增加导师序言后，以专著形式呈现在读者面前。优博丛书选题范围涉及自然科学和人文社会科学各主要领域，覆盖清华大学开设的全部一级学科，代表了清华大学各学科*秀的博士学位论文的水平，反映了相关领域*的科研进展，具有较强的前沿性、系统性和可读性，是广大博硕士研究生开题及撰写学位论文的必备参考，也是科研人员快速和系统了解某一细分领域发展概况、*进展以及创新思路的有效途径。
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| 內容簡介： |
21世纪初，美、欧、中相继提出空间探测计划，载人登月被赋予了全新的含义和使命。本书应时代背景，尝试解决工程任务设计中所遇到的轨道动力学问题，研究了精细模型下月球附近交会对接和全月面覆盖变轨策略，提出了全程可自由返回的载人多段自由返回轨道，并确定了地月转移新型轨道设计方案。
本文可作为力学、数学、航空航天等方向的教学、科研及工程技术人员的参考用书。
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| 目錄：
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目录
第1章绪论
1.1研究背景与意义
1.2研究现状综述
1.2.1载人登月轨道研究
1.2.2地月间转移轨道研究
1.2.3地球和月球附近交会对接
1.2.4全月面覆盖
1.3本文的工作和创新点
1.3.1本文的工作
1.3.2主要创新点
第2章月球探测器转移轨道和发射窗口特性
2.1引言
2.2地月引力空间转移轨道解析模型
2.2.1地月引力场模型
2.2.2地月转移轨道设计
2.2.3月地转移轨道设计
2.3地月间发射窗口
2.3.1地球出发窗口
2.3.2月面上升窗口
2.3.3月球返回窗口
2.4高精度模型修正
2.5本章小结
第3章载人登月多段自由返回轨道
3.1引言
3.2多段自由返回轨道
3.2.1轨道定义
3.2.2多段自由返回轨道构建
3.2.3中途转移脉冲
3.3多段自由返回轨道特性分析
3.3.1轨道特性
3.3.2发射窗口
3.4高精度模型修正
3.5本章小结
第4章基于伪状态理论高精度多段自由返回轨道
4.1引言
4.2伪状态理论
4.3伪状态模型下多段自由返回轨道设计
4.3.1奔月段自由返回轨道
4.3.2QuasiLambert问题
4.3.3绕月段自由返回轨道
4.3.4初值修正
4.4绕月段与月球返回段轨道特性
4.5高精度模型下数值评估
4.6本章小结
第5章月球着陆器自主交会对接变轨策略规划
5.1引言
5.2交会对接线性化模型
5.2.1相对运动状态转移矩阵
5.2.2初始与末端条件
5.2.3交会对接方程组
5.3多模型迭代
5.4数值仿真
5.5本章小结
第6章考虑J2摄动月球附近交会对接局部最优控制
6.1引言
6.2受摄相对运动状态转移矩阵
6.3交会对接变轨策略优化
6.3.1目标函数与约束
6.3.2解析梯度推导
6.3.3目标函数与过程以及终端约束梯度
6.4数值仿真算例
6.4.1简化的GimAlfriend状态转移矩阵精度
6.4.2交会对接过程优化算例
6.4.3有限推力模型下变轨策略
6.4.4交会对接轨迹分析
6.5本章小结
第7章全月面覆盖变轨策略
7.1引言
7.2多段自由返回轨道
7.2.1限制性三体模型
7.2.2轨道一般特性
7.3全月面覆盖变轨策略规划
7.3.1二体模型下变轨策略规划
7.3.2高精度模型下修正
7.4数值仿真算例
7.5本章小结
第8章结论
8.1研究总结
8.2展望
参考文献附录ATrustRegion Dogleg算法附录B简化的GimAlfriend状态转移矩阵
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| 內容試閱：
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导师序言载人登月是人类文明演化至今最为尖端的科技工程之一，它展现的是一个国家强大的科技、政治、军事以及经济实力，彰显的是国家和民族对未知世界探索的强烈渴望。21世纪初叶，美国Constellation计划、欧洲Aurora计划以及中国探月工程计划的相继提出，彻底拉开了人类重返外太空的序幕，载人登月也被赋予了全新的含义和使命。探测内容的多样化，轨道设计的复杂精细化，宇航员安全保障的突出化，进一步加大了载人登月工程任务设计的复杂度与难度。本文应时代背景，尝试解决工程任务设计中所遇到的轨道动力学问题，研究了精细模型下月球附近交会对接和全月面覆盖变轨策略，提出了全程可自由返回的载人多段自由返回轨道，并确定了地月转移新型轨道设计方案。在地月转移新型轨道设计研究中，本文针对地球高纬度再入提出基于拱线偏置的返回轨道设计方案，确定了影响再入点方位和再入航程的主要设计参数；改进了圆锥曲线拼接模型下影响球处轨迹状态求解算法，合理避开影响球处初值猜测，减少了数值修正，提高了计算效率。在多段自由返回轨道研究中，本文强调轨道设计的灵活度和故障返回的可行度。经典自由返回轨道设计难度大、发射窗口窄，无法有效保证光照和测控条件的满足；Hybrid轨道虽设计灵活、窗口较宽，但牺牲了安全属性；多段自由返回轨道的设计有兼收并蓄的特点，轨道设计不仅灵活且满足无动力故障返回的要求。本文在圆锥曲线拼接模型下完成多段轨道定义，在次高精度伪状态模型下，完成轨道解析建模与特性分析。数值计算表明，伪状态模型误差仅为圆锥曲线拼接模型误差的10%。在月球附近交会对接控制策略研究中，本文强调规划算法的精确性与时效性。提出三步迭代法，完成控制策略由CW模型、二体模型到高精度模型的演化，并比对遗传算法，证明了三步迭代法的最优性。引入J2摄动模型，完成局部最优控制策略的解析构建，显著减小了因CW模型不精确带来的法向变轨误差，并有效避免了因多步迭代带来的时间损耗。数值计算表明，交会终端位置误差仅为CW模型的误差的1%；脉冲近似解可有效转变为有限推力解。在全月面覆盖控制策略研究中，本文关注规划算法的合理性与故障返回的可行性，提出了基于多段自由返回轨道的多脉冲控制策略。数值仿真表明，全月面覆盖所需总脉冲消耗小于2.6kms，多段中途转移脉冲消耗小于0.4kms。
宝音贺西〖〗清华大学航天航空学院〖〗2017年9月于清华园
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