“嫦娥一号”探月飞行器的轨道计算研究

我国的月球探测计划正在实施当中。根据规划，我国的探月计划将分为绕、落、回三个阶段。第一阶段，将发射一个绕月飞行器“嫦娥一号”，其主要科学目标是：获取月球表面三维影像；分析月球表面有用元素及物质类型的含量和分布；探测月壤厚度；探测地月空间环境。计划将于2007年发射。测控系统为完成“嫦娥一号”的轨道测量任务，需要通过现有S频段航天测控网(Unified S-Band，USB)并辅以中科院甚长基线干涉测量(Very Long Baseline Interferometry，VLBI)共同完成。考虑到测距测速测量系统仅提供探月飞行器的视向运动信息，而VLBI则可提供探月飞行器的横向运动信息，将这两种资料综合处理有望获得更高精度的轨道。 本文以我国的探月工程一期“嫦娥一号”工程为主要研究背景，对探月飞行器轨道计算中的若干问题进行了分析，重点分析了VLBI测轨资料对探月飞行器精密定轨的贡献。具体来讲，本文主要做了如下几个方面的研究和探讨： 1、利用简化模型，分析了“嫦娥一号”飞行器在调相轨道和地月转移轨道的VLBI测角精度。分析结果表明卫星的VLBI测角精度和测站高度角，卫星距离，先验轨道精度等几个因素有关系。对“嫦娥一号”飞行器调相24小时轨道、调相48小时轨道和地月转移轨道的VLBI测角精度做了定量的分析。 2、之前曾利用模拟资料分析了我国探月工程的定轨精度，作为模拟仿真工作的进一步深入，利用对“探测一号”卫星的USB和VLBI实际测轨资料，分析了USB和VLBI联合定轨相对于USB单独定轨的定轨精度提高，考察了VLBI资料对于轨道确定的贡献。得出了与仿真计算一致的结论：单天定轨及预报的情况，联合定轨的精度显著高于USB单独定轨的结果，对近地点位置的预报精度也有显著的改善；在短弧定轨情况下，VLBI数据的加入对于提高定轨和预报的精度有明显的贡献。考虑到“探测一号”卫星的轨道特征和“嫦娥一号”的24小时调相轨道非常类似，文中得出的结论对于探月工程具有一定的参考价值。