嫦娥二号卫星技术成就与中国深空探测展望

嫦娥二号卫星是中国第二颗月球探测卫星,设计主要目标为先期验证后续月球着陆任务的部分关键技术,并深化月球科学探测.圆满完成既定任务后,嫦娥二号飞离月球,进入行星际空间,在国际上首次实现从月球轨道转移日-地拉格朗日L2点.此后,在距地700万千米,实现国际上首次与4179图塔蒂斯小行星近距离交会并获取最高分辨率优于3m的光学图像.本文主要描述了嫦娥二号卫星的主要任务要求、任务特点、研制历程、在轨飞行评价、扩展任务、后续飞行状态和取得的主要技术成就.在分析、对比国内外深空探测现状的基础上,提出未来我国深空探测后续发展的几点建议.     

嫦娥二号日地拉格朗日L2点探测轨道设计与实施

嫦娥二号在国际上首次成功实现了从月球环绕轨道飞向日-地拉格朗日L2点的飞行任务.本文系统地研究了该任务的轨道设计问题,提出了高精度星历模型下日-地拉格朗日L2点附近Lissajous目标轨道的设计方案;针对复杂日-地-月系统动力学环境,基于非线性动力系统流形等理论,提出了日-地与地-月双三体系统下的低能量转移轨道方案.飞行试验结果证明了嫦娥二号日-地拉格朗日L2点探测轨道设计方案的正确性和可行性.     

嫦娥二号卫星多目标多任务设计与经验

嫦娥二号卫星在圆满完成后续工程先导技术验证和科学探测任务后,又相继开展了日-地拉格朗日L2点和飞越Toutatis小行星探测,开创了我国多目标探测的先河,开拓了拉格朗日点和小天体新的探测领域.在剖析以往国际上典型多目标多任务探测器特点后,本文紧扣牵引技术发展主题,提出了以系统创新拓展领域,提升能力,带动技术突破和产品发展的思路,设计了在短周期等约束条件下实现多目标探测的策略与步骤;其次针对设定目标任务和推进技术发展的需求,提出了实现更远距离、更多技术验证的高可靠、高精度和自主运行的设计要点,简述了相关技术突破的情况;基于在轨运行表现,分析、汇总嫦娥二号的实现结果和预期改进目标;最后,梳理总结了嫦娥二号在任务设计、技术突破和实施程序与方法等方面的成功创新经验,可供未来任务借鉴.     

Preissmann四点隐格式对计算混合流动的适定性分析

普赖斯曼(Preissmann)四点隐格式为双对角隐式有限差分方法,具有结构简单、无条件稳定及对时间步长没有限制等优点,因而在河道、渠道、管道、河口潮流及管网、河网等非恒定缓流计算中,广泛用于数值求解圣维南方程组。针对四点隐格式应用于混合流模拟时的适定性进行了研究分析。结果表明,当采用激波捕捉法时,应用四点隐格式求解急缓混合流动在数学上为不适定。线性稳定性分析结果表明,如果计算域内存在临界流动,则四点隐格式为临界稳定。     

小行星探测近轨操作的轨道动力学与控制

探测器接近小行星后开展的逼近、伴飞/绕飞和悬停等一系列近轨操作是实现小行星采样返回等任务活动的前提和关键.本文结合我国未来小行星探测任务构想,以弱引力快自旋小行星2016 HO3为背景,针对其近轨操作过程中的轨道动力学与控制问题开展研究.首先,针对逼近段,考虑路径约束和视线角约束,采用滑移制导律设计了小行星多脉冲逼近轨道,并提出了一种抗扰动的重构迭代逼近策略;其次,为了实现小行星物理特征的初步测量,分别设计了探测器相对小行星的伴飞轨道和慢飞越轨道,建立了伴飞距离与伴飞速度间的联系,发现了飞越速度随飞越高度和飞越时间的变化规律,并给出利用慢飞越实现小行星全球观测的轨道设计方法;最后,研究了考虑太阳光压等摄动力作用和模型不确定情况下的小行星定点与区域悬停控制,设计了自适应鲁棒控制律并证明了其稳定性,为小行星的局部区域精细探测提供条件.以上研究可为我国未来的小行星探测任务提供参考和借鉴.