月地返回軌道誤差分析和第一次中途修正時(shí)機(jī)

鄭愛(ài)武，周建平，胡松杰

（1.航天飛行動(dòng)力學(xué)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100094；2.北京航天飛行控制中心，北京100094；3.中國(guó)載人航天工程辦公室，北京100720）

·工程技術(shù)·

月地返回軌道誤差分析和第一次中途修正時(shí)機(jī)

鄭愛(ài)武1，2，周建平3，胡松杰1，2

（1.航天飛行動(dòng)力學(xué)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100094；2.北京航天飛行控制中心，北京100094；3.中國(guó)載人航天工程辦公室，北京100720）

分析了月地返回飛行過(guò)程中的誤差因素和量級(jí)采用蒙特卡洛法和統(tǒng)計(jì)理論，定量分析了月地返回軌道入軌時(shí)刻誤差、入軌狀態(tài)誤差、入軌控制誤差、轉(zhuǎn)移段定軌誤差、中途修正控制誤差等各種誤差對(duì)軌道終端參數(shù)的影響。給出了月地返回軌道中途修正的計(jì)算步驟，然后以預(yù)期再入時(shí)刻和目標(biāo)再入點(diǎn)為修正目標(biāo)，采用微分改正法計(jì)算中途修正所需的速度增量。結(jié)合誤差分析結(jié)果和測(cè)控條件，給出第一次中途修正時(shí)機(jī)的建議和一個(gè)具體算例，計(jì)算結(jié)果表明所提中途修正方法和策略可以修正入軌誤差、定軌誤差和控制誤差的影響，使月地返回軌道可以按預(yù)期的再入時(shí)刻返回預(yù)定再入點(diǎn)。

月地返回軌道；誤差分析；蒙特卡洛法；中途修正

1 引言

在飛行任務(wù)中，存在很多不可避免的誤差，比如入軌誤差、定軌誤差、軌道控制誤差以及軌道預(yù)報(bào)誤差。目前對(duì)地月轉(zhuǎn)移軌道的中途修正問(wèn)題進(jìn)行分析的論文較多［1-3］，而對(duì)月地返回軌道及其中途修正進(jìn)行研究的論文很少。作者曾采用協(xié)方差法，建立軌道誤差傳播方程，對(duì)月地返回軌道的最后一次中途修正的時(shí)機(jī)和分離高度選擇進(jìn)行了專門(mén)的研究［4］，但沒(méi)有涉及其他中途修正。事實(shí)上，整個(gè)月地轉(zhuǎn)移過(guò)程中實(shí)施概率最大的應(yīng)該是第一次中途修正。以Apollo11為例，任務(wù)前計(jì)劃了3次中途修正，分別為月地返回軌道入軌后15小時(shí)，再入前22小時(shí)和再入前3小時(shí)。在實(shí)際飛行任務(wù)中，僅實(shí)施了第一次中途修正［5］。因此，作為對(duì)協(xié)方差法的補(bǔ)充，本文重點(diǎn)對(duì)第一次中途修正進(jìn)行研究。由于在月球影響球附近時(shí)攝動(dòng)力有大的變化，不容易給出解析解，因此本主要采用蒙特卡洛法和統(tǒng)計(jì)理論考察各種誤差對(duì)軌道的影響及其大小。然后以預(yù)期再入時(shí)刻、目標(biāo)再入點(diǎn)和再入角為修正目標(biāo)，采用微分改正法計(jì)算中途修正所需的速度增量。結(jié)合誤差分析結(jié)果和測(cè)控條件，給出第一次中途修正時(shí)機(jī)的建議和一個(gè)具體算例，以驗(yàn)證本文提出的中途修正方法和第一次中途修正策略的正確性和可行性。

2 月地返回誤差分析

2.1 月地返回軌道的誤差因素及量級(jí)

月地返回軌道中途修正是為了消除月球探測(cè)器在月地轉(zhuǎn)移飛行過(guò)程中產(chǎn)生的相對(duì)標(biāo)稱軌道的偏差，使探測(cè)器能夠沿設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)移軌道到達(dá)預(yù)定再入點(diǎn)，并使再入角限定在再入走廊內(nèi)。因此，首先需要分析返回過(guò)程中的誤差因素、誤差量級(jí)及其對(duì)軌道和終端狀態(tài)的影響。影響月地返回軌道精度的誤差主要有入軌時(shí)刻誤差、入軌狀態(tài)誤差、入軌控制誤差、轉(zhuǎn)移段定軌誤差、中途修正控制誤差等。根據(jù)嫦娥一號(hào)和二號(hào)任務(wù)的經(jīng)驗(yàn)，誤差的量級(jí)近似如表1所示。本文所用到的坐標(biāo)系見(jiàn)參考文獻(xiàn)［6］。

表1 月地返回軌道的誤差因素及其量級(jí)（3σ）Table 1 Errors and their magnitudes of M oon-to-Earth trajectories（3σ）

下面選取一條月地返回軌道作為標(biāo)稱軌道［7，8］，軌道參數(shù)見(jiàn)表2，具體分析各類誤差對(duì)該軌道終端參數(shù)的影響。軌道終端參數(shù)主要指飛行時(shí)間或再入時(shí)刻、再入點(diǎn)位置和再入角大小。

表2 標(biāo)稱月地返回軌道Table 2 A nom inal M oon-to-Earth trajectory

2.2 誤差對(duì)終端約束條件的影響

2.2.1 入軌時(shí)刻誤差對(duì)終端參數(shù)的影響

根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，由于環(huán)月段的定軌精度和軌道預(yù)報(bào)精度較高，入軌時(shí)刻和入軌點(diǎn)位置和速度的預(yù)報(bào)精度較高。入軌時(shí)刻誤差主要有兩種情況，一種是由跳秒引起的時(shí)刻上的偏差，而入軌狀態(tài)即位置和速度不變。另一種是由于星地時(shí)差引起的入軌時(shí)刻和入軌狀態(tài)的偏差。下面分別對(duì)這兩種情況進(jìn)行分析。

第一種情況，僅考慮入軌時(shí)刻誤差。這里入軌時(shí)刻誤差取±1 s的情況，然后將探測(cè)器位置和速度由入軌點(diǎn)外推至再入面（距地面120 km高的球面），計(jì)算終端參數(shù)，結(jié)果見(jiàn)表3?？梢钥闯?，1 s左右的入軌時(shí)刻誤差對(duì)終端參數(shù)的影響很小，再入點(diǎn)位置誤差不到0.5 km，可以忽略。

表3 入軌時(shí)刻誤差對(duì)終端參數(shù)的影響Table 3 Impacts of TEI time bias on the orbit term inals

第二種情況，入軌時(shí)刻誤差也帶來(lái)了入軌狀態(tài)的變化，比如提前或推遲實(shí)施月地返回軌道入軌機(jī)動(dòng)。這種情況主要是由星地時(shí)差引起的。根據(jù)嫦娥衛(wèi)星任務(wù)的實(shí)際飛行經(jīng)驗(yàn)，星地時(shí)差不會(huì)超過(guò)5 ms，否則就要安排校時(shí)。這里不妨取10 ms進(jìn)行分析。假設(shè)由于星地時(shí)差，衛(wèi)星實(shí)際上提前10 ms或推遲10 ms實(shí)施入軌機(jī)動(dòng)，入軌的速度增量不變，則可以計(jì)算出在預(yù)定的入軌時(shí)刻，實(shí)際位置和速度與預(yù)定的入軌位置和速度之間的偏差，計(jì)算終端參數(shù)，結(jié)果見(jiàn)表4?？梢钥闯觯?0 ms星地時(shí)差導(dǎo)致的入軌時(shí)刻和狀態(tài)誤差對(duì)終端參數(shù)的影響也很小，僅導(dǎo)致再入點(diǎn)約14 km的位置偏差。

表4 入軌時(shí)刻和狀態(tài)誤差對(duì)終端參數(shù)的影響Table 4 Im pacts of TEI time bias and status errors on the orbit term inals

以上兩種情況都說(shuō)明，入軌時(shí)刻誤差對(duì)終端參數(shù)的影響較小。由于第一種情況影響更小，可以忽略，因此下面的誤差疊加中主要考慮疊加第二種情況的入軌時(shí)刻誤差。

2.2.2 入軌狀態(tài)誤差對(duì)終端參數(shù)的影響

入軌狀態(tài)誤差是在月心RTN坐標(biāo)系下給出的，其在沿跡方向即T方向誤差最大。單獨(dú)將入軌狀態(tài)誤差按高斯分布生成500組偏差，通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為月心J2000坐標(biāo)系下的位置和速度偏差，然后分別疊加到近月點(diǎn)上，外推至再入時(shí)刻，計(jì)算終端參數(shù)，并統(tǒng)計(jì)誤差結(jié)果，見(jiàn)圖1和圖2。從結(jié)果可以看出，入軌的狀態(tài)偏差對(duì)軌道的影響非常大，再入點(diǎn)偏差約601 km，實(shí)際再入角也可能超出再入走廊的范圍。

圖1 入軌狀態(tài)誤差引起的再入點(diǎn)位置偏差Fig.1 Reentry position deviation caused by status errors of TEI

圖2 入軌狀態(tài)誤差引起的再入角Fig.2 Reentry angle caused by status errors of TEI

2.2.3 入軌狀態(tài)誤差和時(shí)刻誤差對(duì)終端參數(shù)的影響

假設(shè)由于星地時(shí)差，衛(wèi)星實(shí)際上提前10 ms或推遲10 ms實(shí)施月地返回軌道的入軌機(jī)動(dòng)，入軌的速度增量不變，將衛(wèi)星星歷積分（或反向積分）至近月點(diǎn)，然后疊加上入軌狀態(tài)誤差，外推至預(yù)定再入時(shí)刻，計(jì)算終端參數(shù)，結(jié)果見(jiàn)圖3～圖6。

圖3 入軌狀態(tài)誤差+提前10 m s入軌的再入點(diǎn)位置偏差Fig.3 Reentry position deviation caused by status errors and 10ms earlier of TEI

圖4 入軌狀態(tài)誤差+提前10ms入軌的再入角Fig.4 Reentry angle caused by status errors and 10 m s earlier of TEI

可以看出，誤差疊加后對(duì)終端參數(shù)的影響并不是簡(jiǎn)單的放大，對(duì)位置偏差的影響比較明顯，對(duì)實(shí)際再入角的影響不明顯，由于入軌狀態(tài)誤差影響較大，故誤差疊加后的終端參數(shù)曲線的形狀與圖1和圖2相似，數(shù)值上有平移。

2.2.4 入軌控制誤差對(duì)終端約束條件的影響

假設(shè)入軌速度增量為900 m/s，按2%的比例誤差計(jì)算即為18 m/s（速度方向），單獨(dú)將入軌控制誤差按高斯分布生成500組偏差數(shù)據(jù)，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后疊加到近月點(diǎn)速度上，計(jì)算終端參數(shù)，并統(tǒng)計(jì)誤差結(jié)果，見(jiàn)圖7和圖8?？梢钥闯?，入軌控制誤差對(duì)軌道的影響非常大，如果不及時(shí)加以修正，將導(dǎo)致約38762 km的再入點(diǎn)偏差，實(shí)際再入角遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出再入走廊的范圍。

圖5 入軌狀態(tài)誤差+推遲10 m s入軌的再入點(diǎn)位置偏差Fig.5 Reentry position deviation caused by status errors and 10ms later of TEI

圖6 入軌狀態(tài)誤差+推遲10ms入軌的再入角Fig.6 Reentry angle caused by status errors and 10ms later of TEI

圖7 入軌控制誤差引起的再入點(diǎn)位置偏差Fig.7 Reen try position deviation caused by TEI control errors

圖8 入軌控制誤差引起的實(shí)際再入角Fig.8 Reentry angle caused by TEI control errors

2.2.5 入軌控制誤差疊加入軌誤差后對(duì)終端參數(shù)的影響

在入軌控制誤差上同時(shí)疊加入軌時(shí)刻誤差和入軌狀態(tài)誤差，分析這3種誤差都存在時(shí)對(duì)終端參數(shù)的影響。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖9～12。可以看出，誤差疊加后的終端關(guān)系曲線與圖7和圖8相似，在數(shù)值上有小的變化。

圖9 入軌狀態(tài)誤差+提前10 m s入軌+入軌控制誤差引起的再入點(diǎn)位置偏差Fig.9 Reentry position deviation caused by status errors，10m s earlier and control errors of TEI

圖10 入軌狀態(tài)誤差+提前10 m s入軌+入軌控制誤差引起的實(shí)際再入角Fig.10 Reentry angle caused by status errors，10m s earlier and control errors of TEI

圖11 入軌狀態(tài)誤差+推遲10 m s入軌+入軌控制誤差引起的再入點(diǎn)位置偏差Fig.11 Reen try position deviation caused by status errors，10 ms later and control errors of TEI

2.2.6 轉(zhuǎn)移段定軌誤差對(duì)終端參數(shù)的影響

假設(shè)入軌后15小時(shí)進(jìn)行第一次中途修正，單獨(dú)將該誤差按高斯分布生成500組偏差，疊加到中途修正點(diǎn)的位置速度上，計(jì)算終端參數(shù)，誤差統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)圖13和圖14。

從結(jié)果可以看出，轉(zhuǎn)移段的定軌偏差對(duì)軌道的影響比入軌狀態(tài)誤差對(duì)軌道的影響小，可以導(dǎo)致約74 km的再入點(diǎn)偏差，但實(shí)際再入角可能超出再入走廊的范圍。

圖12 入軌狀態(tài)誤差+推遲10 m s入軌+入軌控制誤差引起的實(shí)際再入角Fig.12 Reentry angle caused by status errors，10 m s later and control errors of TEI

圖13 轉(zhuǎn)移段定軌誤差引起的再入點(diǎn)位置偏差Fig.13 Reentry position deviation caused by orbit determ ination

圖14 轉(zhuǎn)移段定軌誤差引起的再入角Fig.14 Reen try angle caused by orbit determ ination

2.2.7 中途修正控制誤差對(duì)終端參數(shù)的影響

假設(shè)入軌后15小時(shí)進(jìn)行第一次中途修正，修正量為5 m/s，按2%的速度大小比例誤差計(jì)算即為0.1 m/s，單獨(dú)將該誤差按高斯分布生成500組偏差，分別疊加到中途修正點(diǎn)的位置速度上，計(jì)算終端參數(shù)，并統(tǒng)計(jì)誤差結(jié)果，見(jiàn)圖15和圖16。從結(jié)果可以看出，中途修正的控制偏差對(duì)軌道的影響較小，不修正的情況下將導(dǎo)致約25 km的再入點(diǎn)偏差，對(duì)再入角影響不大。

2.2.8 中途修正控制誤差和轉(zhuǎn)移段定軌誤差對(duì)終端參數(shù)的影響

同時(shí)考慮上述中途修正控制誤差和定軌誤差，計(jì)算終端參數(shù)，誤差統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)圖17和圖18?？梢钥闯觯`差疊加后對(duì)終端參數(shù)的影響加劇。

圖15 中途修正控制誤差引起的位置偏差Fig.15 Reen try position deviation caused by control errors ofm idcourse correction

圖16 中途修正控制誤差引起的實(shí)際再入角Fig.16 Reentry angle caused by control errors ofm idcourse correction

圖17 中途修正控制誤差+定軌誤差引起的偏差Fig.17 Reentry position deviation caused by control errors of m idcourse correction and orbit determ ination

圖18 中途修正控制誤差+定軌誤差的再入角Fig.18 Reentry angle caused by control errors ofm idcourse correction and orbit determ ination

綜上所述，通過(guò)分別考察入軌時(shí)刻誤差、入軌狀態(tài)誤差、入軌控制誤差、轉(zhuǎn)移段定軌誤差、中途修正控制誤差等5類誤差以及多種誤差疊加后對(duì)終端參數(shù)的影響可以發(fā)現(xiàn)，在這5類誤差中，入軌控制誤差對(duì)軌道的影響最大，其次是入軌的狀態(tài)偏差，轉(zhuǎn)移段的定軌偏差對(duì)軌道的影響也較大，而中途修正的控制偏差（按5 m/s考慮）對(duì)軌道的影響比較小。另外，入軌時(shí)刻誤差對(duì)終端參數(shù)的影響最小，導(dǎo)致的再入點(diǎn)偏差不到15 km。誤差疊加后，對(duì)終端參數(shù)的影響也增加。其中，主要的誤差因素決定了終端參數(shù)曲線的形狀。各類誤差導(dǎo)致的再入點(diǎn)位置偏差的統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 由各種誤差引起的再入點(diǎn)位置偏差Table 5 Reentry position deviation caused by main errors

由于這些誤差的存在和傳播，如果不進(jìn)行中途修正，可能導(dǎo)致探測(cè)器無(wú)法正常返回，因此必須實(shí)施至少一到兩次中途修正。

3 月地返回軌道中途修正策略

3.1 中途修正的計(jì)算步驟

月地返回軌道的中途修正采用基于線性攝動(dòng)的微分改正法［8］進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算步驟如下：

步驟1：由當(dāng)前時(shí)刻t（即中途修正時(shí)刻）和理論再入時(shí)刻Tentry計(jì)算剩余飛行時(shí)間；

步驟2：采用攝動(dòng)模型用數(shù)值法從當(dāng)前點(diǎn)積分Δt時(shí)間后得到再入時(shí)刻的位置，計(jì)算該位置與理論再入點(diǎn)的位置偏差，用微分改正法修正中途修正點(diǎn)的速度矢量，直到再入點(diǎn)位置誤差滿足容差；

步驟3：計(jì)算中途修正速度增量Δv=vnewv0，vnew為最后得到的中途修正點(diǎn)速度，v0為原來(lái)的速度矢量；

步驟4：計(jì)算修正后的再入角，判斷是否滿足再入走廊要求；如果不滿足要求，則轉(zhuǎn)入應(yīng)急軌道設(shè)計(jì)。

3.2 月地返回軌道測(cè)控條件分析

中途修正策略的制定除了考慮誤差分析的結(jié)果外，載人的情況下還要考慮航天員的工作-休息時(shí)間，另外還必須考慮測(cè)控條件。為了防止軌控過(guò)程發(fā)生意外，一般要求變軌過(guò)程處于測(cè)控站的跟蹤范圍內(nèi)，并且要求雙站共視。根據(jù)國(guó)內(nèi)的測(cè)控資源，考慮喀什站、青島站和佳木斯站對(duì)月球探測(cè)器進(jìn)行測(cè)控。在實(shí)際工程中，如果需要用VLBI（Very Long Baseline Interferometer）測(cè)量系統(tǒng)得到的角度數(shù)據(jù)聯(lián)合定軌，還需要考慮VLBI測(cè)量站的跟蹤情況，比如變軌后有足夠的時(shí)間保證三個(gè)VLBI站共視。在嫦娥一號(hào)和嫦娥二號(hào)任務(wù)中，通過(guò)將測(cè)站數(shù)據(jù)和VLBI數(shù)據(jù)聯(lián)合定軌，大大提高了定軌精度，特別是在距離比較遠(yuǎn)的情況下［9］。國(guó)內(nèi)4個(gè)VLBI站分別為北京站、昆明站、上海站和烏魯木齊站。將表1的軌道作為標(biāo)稱軌道，計(jì)算3個(gè)測(cè)控站和4個(gè)VLBI站的跟蹤情況，跟蹤預(yù)報(bào)圖見(jiàn)圖19。由測(cè)控條件可以看出，月地返回軌道入軌后10～15小時(shí)約有5小時(shí)的連續(xù)測(cè)控弧段，可以作為實(shí)施第一次中途修正的可選擇時(shí)段。

圖19 測(cè)站跟蹤預(yù)報(bào)圖（UTC）時(shí)間Fig.19 Station tracking forecast

4 第一次中途修正設(shè)計(jì)算例

影響第一次中途修正修正量的誤差主要有兩類：入軌控制誤差和入軌狀態(tài)誤差。入軌時(shí)刻誤差影響很小，這里不考慮。由表1可知入軌所需速度增量為938.737 m/s，乘以2%比例誤差后為18.8 m/s，加上入軌狀態(tài)誤差后按高斯分布生成的一組誤差量，轉(zhuǎn)換為月心J2000坐標(biāo)系下的分量后疊加至入軌初始狀態(tài)上，分別在傳播了1～72小時(shí)后實(shí)施中途修正，計(jì)算所需的中途修正量及實(shí)際再入角，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖20和圖21。

由圖20可以看出，當(dāng)?shù)谝淮沃型拘拚龝r(shí)刻推遲至50小時(shí)后，所需的速度增量急劇增加。這主要是誤差隨著軌道的傳播被逐漸放大的緣故。如果要保證第一次中途修正所需的速度增量不超過(guò)15 m/s，則第一次中途修正時(shí)刻不能超過(guò)19小時(shí)。圖21為修正后軌道的再入角，可以看出，第一次中途修正時(shí)刻越遲，則實(shí)際的再入角越大，至60小時(shí)后，再入角急劇增大。如果要保證實(shí)際再入角不超出再入走廊的上限即-6.2°，則第一次中途修正時(shí)刻不能超過(guò)55小時(shí)。綜上所述，第一次中途修正的時(shí)機(jī)不能太晚，否則將導(dǎo)致中途修正所需的速度增量過(guò)大。

圖20 中途修正速度增量Fig.20 Velocity increm ent ofm idcourse correction

圖21 中途修正后實(shí)際再入角Fig.21 Reentry angle after m idcourse correction

綜合誤差分析結(jié)果和測(cè)控條件分析，可以取第一次中途修正的時(shí)刻點(diǎn)為入軌后14小時(shí)或15小時(shí)，變軌滿足雙站共視條件，變軌后仍然有3～4小時(shí)的測(cè)控跟蹤和2～3小時(shí)的VLBI站測(cè)量，滿足定軌條件。分別在入軌后14小時(shí)和15小時(shí)實(shí)施第一次中途修正，則修正量的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表6和表7。

表6 第一次中途修正速度增量（14小時(shí)）Table6 Velocity increment of the firstm idcourse correction in 14 hours later than TEI

表7 第一次中途修正速度增量（15小時(shí)）Table7 Velocity increment of the first m idcourse correction in 15 hou rs later than TEI

5 結(jié)論

本文分析了影響月地返回軌道精度的誤差因素，針對(duì)一條標(biāo)稱軌道，采用蒙特卡洛法，分別考察了入軌時(shí)刻誤差、入軌狀態(tài)誤差、入軌控制誤差、轉(zhuǎn)移段定軌誤差、中途修正控制誤差等5類誤差對(duì)終端參數(shù)的影響。誤差分析結(jié)果表明探測(cè)器在月地飛行過(guò)程中必須實(shí)施至少一到兩次中途修正。而且第一次中途修正的時(shí)機(jī)不能太晚，否則誤差傳播時(shí)間增加后將導(dǎo)致修正所需的速度增量也相應(yīng)增加。然后以理論再入時(shí)刻、再入角和再入點(diǎn)位置為修正目標(biāo)，采用基于線性攝動(dòng)的微分改正法計(jì)算中途修正速度增量，最后綜合誤差分析結(jié)果和國(guó)內(nèi)測(cè)控條件，給出了具體的第一次中途修正算例。結(jié)果表明本文提出的中途修正方法和策略可以很好地修正入軌誤差、定軌誤差和控制誤差的影響，使月地返回軌道可以按預(yù)期的再入時(shí)刻返回預(yù)定再入點(diǎn)。

［1］ 周文艷，楊維廉.月球探測(cè)器轉(zhuǎn)移軌道的中途修正［J］.宇航學(xué)報(bào)，2004，25（1）：89-92.

［2］ 楊維廉，周文艷.嫦娥一號(hào)衛(wèi)星地月轉(zhuǎn)移軌道中途修正分析［J］.空間控制技術(shù)與應(yīng)用，2008，34（6）：3-7.

［3］ DongHyun Cho，Youngsuk Chung，Hyochoong Bang.Trajectory correction maneuver design using an improved B-plane targetingmethod［J］.Acta Astronautica，2012，72：47-61.

［4］ 鄭愛(ài)武，周建平，胡松杰.月地返回軌道控制誤差傳播及分離點(diǎn)位置精度分析［J］.系統(tǒng)工程與電子技術(shù).2012，34（12）：2529-2534.

［5］ Ronald L.Berry.Launch Window And Translunar，Lunar Orbit，and Transearth Trajectory Planning and Control for the A-pollo 11 Lunar Landing Mission［C］//AIAA 8th Aerospace Science Meeting，New York，January 19-21，1970.

［6］ 劉林，侯錫云.深空探測(cè)器軌道力學(xué)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2012：348-368.

［7］ 鄭愛(ài)武，周建平，劉勇.月地轉(zhuǎn)移軌道快速設(shè)計(jì)方法研究［J］.北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，40（3）：344-349.

［8］ 鄭愛(ài)武，周建平.月地轉(zhuǎn)移軌道精確軌道設(shè)計(jì)［J］.飛行器測(cè)控學(xué)報(bào)，2014，33（1）：52-58.

［9］ 黃勇.“嫦娥一號(hào)”探月飛行器的軌道計(jì)算研究［D］.上海：中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)，2006.

Error Analysis of M oon-to-Earth Trajectory and Choice of the First M idcourse Correction

ZHEGN Aiwu，ZHOU Jianping，HU Songjie
（1.Key Lab of Spaceflight Dynam ic Tehnology，Beijing 100094，China；2.Beijing Aerospace Control Center，Beijing100094，China；3.China Manned Space Agency，Beijing 100720，China）

The error factors and their level in the flight of Moon-to-Earth trajectory were analyzed. Based on a specified Moon-to-Earth return trajectory，Monte Carlo method and statistical theory were used to quantitatively analyze the impactof themain errors on the terminals of the orbit including time bias and position error of transearth insertion（TEI），orbit control error，orbit determination error and midcourse correction error，and etc.The calculation steps ofmidcourse correction of Moon-to-Earth trajectories were given.Then using the specified reentry time and the reentry point as the correction targets，differential correctionmethod based on linear perturbation wasadopted to calculate the velocity increment of the midcourse correction.Then combined with measurement and control conditions，the firstmaneuver opportunity ofmidcourse correction was determined and a specific sample was given.The results show that themidcourse correction method and strategy suggested in this paper can well amend the influence of the TEIerror，orbitdetermination error and orbit controlerror.The Moonto-Earth trajectory can return to the specified reentry point at the expected reentry moment.

Moon-to-Earth trajectory；error analysis；Monte Carlomethod；midcourse correction

V412.4

A

1674-5825（2014）04-0283-07

2013-12-03；

2014-06-25

國(guó)家自然科學(xué)基金（11173005）；國(guó)家自然科學(xué)基金（11203003）

鄭愛(ài)武（1974-），女，博士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)楹教鞙y(cè)控任務(wù)總體、軌道設(shè)計(jì)、軌道確定。E-mail：awzheng@163.com