嫦娥五号探测器交会对接段定轨精度研究

作者：李培佳; 黄勇; 樊敏; 杨鹏; 刘思语

来源：中国科学:物理学 力学 天文学 , 2021, 51(11): 66-77.

• 嫦娥五号
• 交会对接
• 定轨
• 预报

嫦娥五号任务中,四器分离后,轨返组合体经过4次调相进入交会对接任务轨道;着上组合体则进行降轨、落月、起飞和4次远程导引后到达交班点,高精度的定轨预报是保证精准进行轨道控制、完成交会对接任务的重要前提.本文对嫦娥五号探测器交会对接段定轨预报精度进行研究,首先对轨返组合体长弧精密定轨精度进行分析,重叠弧段定轨分析表明,对于200 km高度的环月圆轨道, 12 h弧长定轨三维位置精度为18 m,其中径向为0.4 m.其次对上升器短弧定轨预报精度进行分析,由于上升器轨控频繁,短弧定轨除了用于控后轨道快速恢复,还需要对下个轨控点的位置速度进行预报,计算结果表明,测距联合VLBI数据5 min短弧定轨预报4 h与长弧定轨结果三维位置差异为3 km,速度差异为2.5 m/s;定轨弧长为0.5 h,三向测量数据(2站)定轨预报6 h三维位置最大差异为1 km,速度差异为1 m/s,联合VLBI数据定轨预报精度有量级上的提高,三维位置最大差异优于250 m,速度0.223 m/s;定轨弧长少于2 h (1圈),单站测距数据单独定轨结果不收敛,联合VLBI定轨并预报3 h三维位置差异150 m;当短弧定轨弧长大于3.5 h (近2圈),测距单独定轨预报6 h三维位置的最大差异优于30 m, VLBI数据的加入对定轨精度提高1倍至十几米.分析结果表明,嫦娥五号200 km圆轨道长弧定轨精度可以达到18 m, VLBI数据对提高嫦娥五号交会对接环月轨道的短弧定轨精度具有显著贡献.

• 单位
  上海科技大学; 中国科学院上海天文台; 中国科学院大学; 北京跟踪与通信技术研究所