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NASA首席科学家-Robert Farquhar
美国“新视野”号探测器
• 人类第一个飞越和研究冥王星和它的卫星的空间探测器 • 人类第一个抵达柯伊伯带的空间探测器 • 2006.01 在美国卡纳维拉尔角发射，发射速度16.26km/s，
有史以来发射速度最快的探测器； • 2006.06 掠飞小行星132524APL • 2007.01 开始探测木星、木卫十七 • 2015.07 飞跃冥王星 • 2016-2020 探测柯伊伯带
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NASA首席科学家-Robert Farquhar
国际日地探测卫星－3 ISEE-3
• “借”NASA卫星探测哈雷彗星 • 人类第一个探测彗星慧尾的探测器 • 人类第一个两次探测两颗不同彗星慧尾的探测器。
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NASA首席科学家-Robert Farquhar
美国“发现”计划 • 1996.02 美国发射“近地小行星交会”（NEAR）探测器， • 2001.02 NEAR成功在爱神号(Eros433)小行星表面软着陆。
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主要内容
航天器轨道设计 航天器轨道机动 航天器交会对接 行星着陆探测制导
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1 航天器轨道设计
1.1 静止轨道设计
• 近地轨道一般为圆形或小偏心率轨道，速高比近似常数，对 可见光资源卫星、侦查卫星拍摄有利；
• 轨道倾角：必须不小于被摄影区域的最高纬度或最低纬度绝 对值，不小于发射场的纬度；
• 2) 大型运载火箭将卫星和一级火箭送入停泊轨道，然后火箭发 动机将卫星送入期望轨道；
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1 航天器轨道设计
1.2 转移轨道设计
• 对于月球探测器和深空探测器，一般为圆形限制三体问题， 轨道设计可采用的方法有如下几种。
1.2.1 拼凑圆锥截线法
• 分析地月飞行轨道的常用近似方法，基本思想为引进引力作 用球的概念，将三体问题化为二体问题，将地月轨道分为地 心开普勒圆锥曲线和月心开普勒圆锥曲线。
• 近地点：一般位于所需侦查区域上空； • 近地点轨道高度：综合考虑空间干扰、卫星摄影分辨率需求； • 轨道周期：考虑摄影旁向重叠率；
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1 航天器轨道设计
1.2 转移轨道设计
• 用于连接星箭分离时的入轨轨道和目标轨道； • 如发射地球同步卫星时，有两种类型：
• 1) 星箭分离后，卫星进入近地点为几百公里的大椭圆轨道，然 后由星上远地点发动机和姿态轨道控制分系统完成轨道调整；
21世纪四次深空探测任务总设计师：
• 1. 爱神星（Eros）探测任务（NEAR号）总设计师。 • 2. 水星探测任务（MESSENGER）总设计师。 • 3. 冥王星探测任务（新视野号）总设计师。 • 4. 彗星探测任务（CONTOUR）总设计师。
扩展阅读： 他用卫星轨道向宇宙写了张借条。玩星星的爷爷，谢谢你 曾来过
• 嫦娥一号探月轨道
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1 航天器轨道设计
嫦娥二号月球及小行星探测轨道
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“嫦娥二号”和“嫦娥一号”轨道任务对比
• 脱离地球速度不同、月球捕获轨道高度不同
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1 航天器轨道设计
什么是拉格朗日点？ • 在天体力学中，拉格朗日 点是限制性三体问题的5 个特解。
主要经历
• 1932年出生在美国芝加哥。 • 1969年获得斯坦福大学博士学位。 • 1969年-1990年在NASA相继担任ISEE-3飞行力学总指挥、彗星
探索任务总设计师、哈雷彗星项目研究负责人等重要职务。 • 1990年-2007年就职于美国约翰普金应用物理实验室，并担任对
爱神星、彗星、水星、冥王星探测任务总设计师。 • 2007年-2008年任美国国家航空航天博物馆和航空历史荣誉主席。 • 2008年- 担任美国KinetX公司空间探测执行官。
• 两个天体环绕运行，在空 间中有5个位置可以放入 第三个物体，并使其保持 在两个天体的相应位置上。
• 理想状态下，两个同轨道 物体以相同的周期旋转， 两个天体的万有引力提供 在拉格朗日点需要的向心 力，使得第三个物体与前 两个物体相对静止。
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1 航天器轨道设计
1.3 发射窗口 • 发射窗口是指运载火箭发射比较合适的一个时间范围（即允许运载 火箭发射的时间范围）。
• 范围的大小亦叫做发射窗口宽度。窗口宽度有宽有窄，宽的以小时 计，甚至以天计算，窄的只有几十秒钟，甚至为零。
发射窗口考虑的因素 • a. 星下点目标的光照条件（如气象、资源等卫星）； • b. 卫星太阳帆板与太阳光线的相对关系（太阳能电池供电的要求）； • c. 卫星姿态测量精度要求的地球、卫星、太阳的几何关系； • d. 卫星温度控制要求太阳只能照射卫星某些方向； • e. 卫星处于地球阴影内时间长短的要求（太阳能电池供电的要求）； • f. 着落回收时间的要求（如返回式卫星、载人飞船等）； • g. 对卫星轨道面的特定要求（轨道交会、轨道拦截等）； • h. 地球与目标天体相对位置的要求（如行星探测器等）； • i. 其它如地面跟踪测量条件、气象条件等。
航天器控制----(十一)
航天器轨道机动控制
郭延宁 哈尔滨工业大学
航天器控制
姿态控制系统
姿态确定
姿态敏感器
姿态确定算 法
稳定方式
航天器控制
轨道控制系统
姿态控制 轨道确定 轨道控制
姿态稳定
执行机构
姿态机动
控制计算机
自主导航
非自主导航
轨道保持
轨道调整
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NASA首席科学家-Robert Farquhar
• 在地心圆锥曲线阶段，略去月球影响，在月心圆锥曲线阶段， 略去地球影响。
• 该近似误差随飞行lo任务而言，该方法会引入大约一个月球直径的位置误 差。
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1.2.2 多圆锥截线法
• 考虑了个摄动体的影响，如地月 空间中，考虑地球、月球和太阳 在整个轨道的影响。
• 将航天器空间轨道用顺序地在几 个时间间隔上的开普勒圆锥曲线 之和描述。
• 填补了拼凑圆锥截线法和数值积 分法之间的间隙，是一种快速和 精确的计算方法。
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1 航天器轨道设计
1.2 转移轨道设计
• APOLLO 11号探月及返回轨道
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1 航天器轨道设计
1.2 转移轨道设计