浅析嫦娥系列月球探测卫星轨道设计

李飞高，任枫轩

(河南职业技术学院电气工程系，郑州450046)

嫦娥一号和二号探月卫星已成功发射，嫦娥三号卫星也预计在2013年前后发射，现在世人对嫦娥系列卫星的发射给予高度关注，对其轨道设计产生了浓厚的兴趣。本文对嫦娥探月卫星的物理模型、发射窗口、轨道约束等方面进行分析，从而探析嫦娥卫星的轨道设计。

1.相关理论与模型

我国探月工程中研究对象主要是由嫦娥探月卫星、地球、月球三个天体构成的三大系统，一是地球-嫦娥卫星系统，二是地球-嫦娥卫星-月球系统，三是月球-嫦娥卫星系统。嫦娥系列卫星是这三大系统中主要的研究天体，嫦娥卫星发射的基础理论是牛顿力学，其物理模型是受摄二体问题模型和限制性三体问题模型。

1.1 受摄二体模型

1.1.1 二体模型

在一个系统中只存在两个天体，一个是质量密度均匀分布的球体，一个是绕其飞行的可以看作为质点的航天器，它们只通过万有引力作用而不受其他天体的影响，这种研究天体运动模型就是二体模型。在探月工程中存在地球-嫦娥卫星二体模型和月球-嫦娥卫星二体模型。它们分别是在探月卫星轨道中地球调相轨道段和环月飞行轨道段的研究模型。

1.1.2 双二体模型

嫦娥卫星从地球飞向月球的过程中，在靠近地球的某一范围内，地球引力是主要的，月球引力相对是一小量;相反，在靠近月球的某一范围内，月球引力是主要的，地球引力相对是一小量。如果忽略系统中的引力小量，根据地-月引力场的分布情形，计算它们影响范围，并在不同范围内建立相应的二体模型，对于这种模型称之为双二体模型。……