地月系L1/L2平动点导航星座关键技术研究

月球测绘以及月球作为天然的深空探测中转基地，对地月系大尺度空间基准提出了迫切需求。目前的研究基本上是围绕改善GEO轨道以内近地空间基准以及改善月球探测器的精密跟踪定轨，其思路集中在受摄二体问题模型框架下，没有充分认识到限制性三体问题模型和平动点轨道在地月"大空间"基准建立中的独特作用和重要性。同时，平动点轨道及其星座的构造和维持以及自主定轨和导航也与地球卫星的套路差距甚远。本项目侧重于探索非传统（受摄）二体问题意义下的星座构型和定轨问题。研究强非线性的平动点轨道，明确平动点轨道与受摄二体轨道的不同内在力学机制；构造代表性平动点导航星座，揭示月球L1和L2平动点轨道的动力学特征对建立地月系导航星座的贡献；改进/完善平动点轨道及其星座的精密定轨方法，阐明星座之间和星座与用户星之间SST自主定轨原理，建立基于平动点轨道的SST多星联合定轨理论和算法，为地月系空间基准的建立和维持提供技术支撑。

地月系大尺度空间基准，是月球测绘以及月球作为天然的深空探测中转基地的基本需求。地月空间框架下，限制性三体问题模型和平动点轨道具有独特作用和重要性。建立和维持大空间导航基准作用，涉及到两大关键方法与技术：（1）平动点导航星座的优化设计；（2）平动点导航星座的轨道确定及预报。本项目的主要目标是：探索限制性三体问题意义下的星座构型和定轨问题。明确平动点轨道与受摄二体轨道的不同内在力学机制，以地月系为例，揭示L1和L2平动点轨道对深空导航星座的贡献，建立基于星间跟踪的平动点星座的定轨理论和算法。.主要成果：（1）分析了平动点轨道与受摄二体轨道的内在力学机制上的差异，建立了摄动条件下共线平动点附近Halo轨道的构造、控制方法与软件，为建立平动点导航编队/星座提供了快速的圆型限制性三体问题模型及向真实力模型转换的平动点轨道构造流程。（2）搭建了基于不变流形技术的、能耗和转移时段可控的平动点轨道转移和星座重构设计方法，增强了平动点导航编队/星座的构型灵活性和适应性，能够通过改变星座的局部构型实现多任务和机动任务的导航支持。（3）基于数学推导严格证明了Halo-Kepler星间SST自主定轨的系统可观性，改变了长期以来仅能基于定轨仿真进行数值验证的不完备局面。（4）提出了基于相对Halo轨道的螺线轨道进行平动点编队的飞行设计模式，设计了三种不同的航天器编队构型，并分别分析了其动力学特征，丰富和完善了平动点轨道的编队构型和维持模式。（5）建立了平动点星座SST自主定轨的数据仿真和数据处理的数学模型、算法与试验分析软件。构造了代表性平动点星座，分析并数值验证了CRTBP意义下SST星座自主定轨的可行性，为进一步进行复杂力学环境下的平动点编队/星座的联合定轨提供理论和技术参考。