载人月球探测一体化任务规划设计方法研究

周晚萌，周文艳，邓新宇，李革非

(1. 中国航天员科研训练中心，北京 100094；2. 北京空间飞行器总体设计部，北京 100094；3. 北京宇航系统工程研究所，北京 100076；4. 北京航天飞行控制中心，北京 100094)

0 引 言

20世纪90年代初,中国进行了探月计划论证,分为“无人月球探测”“载人登月”和“建立月球基地”3个阶段[1]。目前,嫦娥工程已经实现了无人探月“绕、落、回”,中国空间站也已进入空间科学与应用阶段。下一步,载人登月将成为中国载人航天发展的现实选择[2]。载人月球探测任务涉及载人和无人飞行器发射、地月与月地转移、环月空间交会对接、月球着陆与上升和再入返回地球等多个飞行任务阶段,各阶段衔接紧密,关联性强,设计复杂。载人月球探测顶层任务设计与仿真是带动载人航天进入深空阶段的有效抓手和关键一环,该飞行方案将直接影响到运载火箭、载人飞船、月面着陆器等多个型号任务的后续研制计划。因此,有必要针对载人月球探测一体化任务规划设计方法开展研究。

登月任务中涉及载人飞行器和无人飞行器的地月转移任务,具体包括一般转移轨道、自由返回轨道以及定点返回轨道。其中,一般转移轨道和自由返回轨道需要与发射任务进行轨道匹配,自由返回轨道和定点返回轨道需要异面变轨以分别实现全月面到达和定轨返回。转移轨道受地球引力、月球引力、太阳引力和其他摄动力的共同作用,描述地月引力空间系统的模型包括双二体模型[3]、限制性三体模型[4]和高精度积分模型。……