月球采样返回任务应急轨道重构方法研究

Emergency orbit reconstruction of lunar sample return missions, that is, when a satellite cannot continue to execute the original mission plan in the case of fault detected, the mission profile or the standard orbit must be redesigned or re-planned according to the current state of the satellite and the constraints of the mission in order to perform an alternative task or just terminate the mission and return to the Earth safely and quickly. Emergency orbit reconstruction is the emergency treatment schemes and security guarantees of the normal mission. It is important to ensure the satellite’s flight safety and reduce the loss of the mission. Using the possible fault and emergency situations that may occur during the different phases of the flight as the background, the project is going to research the emergency orbit reconstruction methods of Earth-to-Moon trajectories, Near Moon braking segments and Moon-to-Earth trajectories for lunar sample return missions. The study will provide some new ideas for the successful implementation of lunar exploration missions and manned lunar landing missions. And it’s expected to achieve the effective use of TT&C resources and to guarantee the safe return of the satellite, providing theoretical and technical basis for the achievement of mission objectives under the premise of satellite’s safe return.

月球采样返回任务应急轨道重构，即是在卫星出现故障不能按计划执行飞行任务的情况下，根据卫星当前状态和约束条件对任务轨道进行重新设计和规划，以便执行备选任务或者终止任务安全快速地返回地球。应急轨道重构是正常任务的应急预案和安全保证，对保障飞行安全、减少任务损失具有重要意义。本项目以月球返回任务在不同飞行阶段可能出现的故障和应急情况为背景，开展地月转移段应急返回轨道重构方法、近月飞行段应急返回轨道重构方法，以及月地转移段应急轨道重构方法等研究。项目研究成果将为月球探测任务和载人登月任务的顺利执行提供一些崭新的解决思路，实现测控资源的有效利用，并在保障卫星安全返回等前提下，为任务目标的完成奠定理论和技术基础。

月球采样返回任务应急轨道重构，即是在卫星出现故障不能按计划执行飞行任务的情况下，根据卫星当前状态和约束条件对任务轨道进行重新设计和规划，以便执行备选任务或者终止任务安全快速地返回地球。应急轨道重构是正常任务的应急预案和安全保证，对保障飞行安全、减少任务损失具有重要意义。本项目以月球返回任务在不同飞行阶段可能出现的故障和应急情况为背景，开展地月转移段应急返回轨道重构方法、近月飞行段应急返回轨道重构方法，以及月地转移段应急轨道重构方法等研究。深入研究了国内外应急轨道设计相关理论和方法，以及适合我国月球采样返回任务应急轨道重构的算法，研究制定了轨道设计和搜索的初值条件和终端条件。分析了月球采用返回任务各阶段轨道的异常情况，建立了轨道重构的初始条件和约束条件。研究并梳理了月地采样返回任务轨道设计中需要考虑的约束条件，重点研究了地月转移段、近月飞行段、月地转移段应急返回轨道重构方法，给出了各个轨道段的应急返回轨道重构方案。基于本项目研究成果，面向我国即将开展的“嫦娥五号”月球采样返回任务，项目组研究制定了相应的月球返回应急轨道方案，可为本次任务的圆满成功奠定坚实基础。项目研究成果将为月球探测任务和载人登月任务的顺利执行提供一些崭新的解决思路，实现测控资源的有效利用，并在保障卫星安全返回等前提下，为任务目标的完成奠定理论和技术基础。