地月L2点周期轨道的月球背面覆盖分析

刘磊; 曹建峰; 胡松杰; 唐歌实

doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2017.04.008

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地月L2点周期轨道的月球背面覆盖分析

刘磊, 曹建峰, 胡松杰, 唐歌实

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刘磊, 曹建峰, 胡松杰, 唐歌实. 地月L2点周期轨道的月球背面覆盖分析[J]. 深空探测学报(中英文）, 2017, 4(4): 361-366. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2017.04.008

引用本文:

刘磊, 曹建峰, 胡松杰, 唐歌实. 地月L2点周期轨道的月球背面覆盖分析[J]. 深空探测学报(中英文）, 2017, 4(4): 361-366. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2017.04.008

LIU Lei, CAO Jianfeng, HU Songjie, TANG Geshi. Coverage of Lunar Farside Surface of the Earth-Moon L2 Periodic Orbits[J]. Journal of Deep Space Exploration, 2017, 4(4): 361-366. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2017.04.008

Citation:

LIU Lei, CAO Jianfeng, HU Songjie, TANG Geshi. Coverage of Lunar Farside Surface of the Earth-Moon L2 Periodic Orbits[J]. Journal of Deep Space Exploration, 2017, 4(4): 361-366. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2017.04.008

地月L2点周期轨道的月球背面覆盖分析

doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2017.04.008

1.
航天飞行动力学技术重点实验室, 北京 100094;北京航天飞行控制中心, 北京 100094;国防科技大学理学院, 长沙 410073
2.
航天飞行动力学技术重点实验室, 北京 100094;北京航天飞行控制中心, 北京 100094

基金项目: 国家自然科学基金资助项目（11303001，11373013，61573049，61304233）；中国博士后科学基金资助项目（2016M592947）

Coverage of Lunar Farside Surface of the Earth-Moon L2 Periodic Orbits

1.
Science and Technology on Aerospace Flight Dynamics Laboratory, Beijing 100094, China;Beijing Aerospace Control Center, Beijing 100094, China;Science College of National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
2.
Science and Technology on Aerospace Flight Dynamics Laboratory, Beijing 100094, China;Beijing Aerospace Control Center, Beijing 100094, China

摘要: 地月L2点附近轨道具备独特的动力学和运动学特性，是月球背面探测任务的中继卫星首选布设位置。面向未来月球背面探测任务的中继通信需求，分析并研究了地月L2点周期轨道（halo轨道）对月球背面的覆盖。在圆型限制性三体问题模型下，研究并给出了halo轨道族延拓计算方法，基于延拓法设计了地月系大范围南北halo轨道族；给出了中继卫星的月球背面覆盖计算模型，定义了相应的时间覆盖因子；数值仿真了地月系南北halo轨道族的月球背面覆盖情况。研究结果表明：地月L2点周期轨道幅值和类型决定其对月面的覆盖性，幅值较小的轨道的月面整体覆盖性较好，幅值较大的轨道对月球南北极覆盖较好，南北族轨道分别有利于月球南北半球的覆盖。文章研究可为我国“嫦娥4号”月球背面探测任务的中继星轨道设计提供有益参考和借鉴。
- 月球探测 /
- 平动点 /
- halo轨道 /
- 延拓法 /
- 月面覆盖
Abstract: Orbits nearby the Earth-Moon libration points have the specific dynamic characteristicsand are the preferred position of relay satellites for the lunar farside exploration. For relay requirements of the future lunar farside exploration, the surface coverage of the Earth-Moon L2 periodic orbits is studied. Firstly, the continuation method calculating the halo orbit family is proposed with the circular restricted three-body problem. The south and north halo families with a large scope are calculated in the Earth-Moon system. Secondly, the coverage model of the lunar farside surface is presented for the relay satellites. The coverage factors are consequently defined. Finally, the coverage is numerically simulated. The results show that the coverage capacity is decided by the amplitude and style of L2 orbits. A halo orbit with small amplitude has an excellent entire coverage capacity, while a large one has a better coverage capacity for the south or north poles. Furthermore, the research can provide a beneficial reference for the orbit design of the future CHANG'E-4 mission.
- lunar exploration /
- libration point /
- halo orbit /
- continuation method /
- lunar surface coverage

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[20]	平劲松, 王明远, 张素君, 简念川, 王震, 鄢建国, 孟桥, 陈从颜, 席禹豪, 唐继斐, 张天翼, 李文潇, 张洪波, 汪敏. 嫦娥系列探月卫星无线电科学实验简介 . 深空探测学报(中英文）, 2014, 1(3): 192-199. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2014.03.005

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地月L2点周期轨道的月球背面覆盖分析

doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2017.04.008

1. 航天飞行动力学技术重点实验室, 北京 100094;北京航天飞行控制中心, 北京 100094;国防科技大学理学院, 长沙 410073

2. 航天飞行动力学技术重点实验室, 北京 100094;北京航天飞行控制中心, 北京 100094

基金项目: 国家自然科学基金资助项目（11303001，11373013，61573049，61304233）；中国博士后科学基金资助项目（2016M592947）

收稿日期: 2017-06-01
修回日期: 2017-08-04
刊出日期: 2017-08-01

关键词:

月球探测 /

平动点 /

halo轨道 /

延拓法 /

月面覆盖

摘要: 地月L2点附近轨道具备独特的动力学和运动学特性，是月球背面探测任务的中继卫星首选布设位置。面向未来月球背面探测任务的中继通信需求，分析并研究了地月L2点周期轨道（halo轨道）对月球背面的覆盖。在圆型限制性三体问题模型下，研究并给出了halo轨道族延拓计算方法，基于延拓法设计了地月系大范围南北halo轨道族；给出了中继卫星的月球背面覆盖计算模型，定义了相应的时间覆盖因子；数值仿真了地月系南北halo轨道族的月球背面覆盖情况。研究结果表明：地月L2点周期轨道幅值和类型决定其对月面的覆盖性，幅值较小的轨道的月面整体覆盖性较好，幅值较大的轨道对月球南北极覆盖较好，南北族轨道分别有利于月球南北半球的覆盖。文章研究可为我国“嫦娥4号”月球背面探测任务的中继星轨道设计提供有益参考和借鉴。

English Abstract

Coverage of Lunar Farside Surface of the Earth-Moon L2 Periodic Orbits

1. Science and Technology on Aerospace Flight Dynamics Laboratory, Beijing 100094, China;Beijing Aerospace Control Center, Beijing 100094, China;Science College of National University of Defense Technology, Changsha 410073, China

2. Science and Technology on Aerospace Flight Dynamics Laboratory, Beijing 100094, China;Beijing Aerospace Control Center, Beijing 100094, China

Received Date: 2017-06-01
Rev Recd Date: 2017-08-04
Publish Date: 2017-08-01

Keywords:

Abstract: Orbits nearby the Earth-Moon libration points have the specific dynamic characteristicsand are the preferred position of relay satellites for the lunar farside exploration. For relay requirements of the future lunar farside exploration, the surface coverage of the Earth-Moon L2 periodic orbits is studied. Firstly, the continuation method calculating the halo orbit family is proposed with the circular restricted three-body problem. The south and north halo families with a large scope are calculated in the Earth-Moon system. Secondly, the coverage model of the lunar farside surface is presented for the relay satellites. The coverage factors are consequently defined. Finally, the coverage is numerically simulated. The results show that the coverage capacity is decided by the amplitude and style of L2 orbits. A halo orbit with small amplitude has an excellent entire coverage capacity, while a large one has a better coverage capacity for the south or north poles. Furthermore, the research can provide a beneficial reference for the orbit design of the future CHANG'E-4 mission.

刘磊, 曹建峰, 胡松杰, 唐歌实. 地月L2点周期轨道的月球背面覆盖分析[J]. 深空探测学报(中英文）, 2017, 4(4): 361-366. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2017.04.008

引用本文:

刘磊, 曹建峰, 胡松杰, 唐歌实. 地月L2点周期轨道的月球背面覆盖分析[J]. 深空探测学报(中英文）, 2017, 4(4): 361-366. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2017.04.008

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