哈工大深空探测轨道设计作业_地球至火星轨道设计
深空探测中的轨道分析、设计与控制
深空探测中的轨道分析、设计与控制一、本文概述深空探测是人类探索宇宙未知领域的重要手段，涉及多个关键领域，包括航天工程、天文学、物理学、数学等。
其中，轨道分析、设计与控制作为深空探测任务中的核心环节，对任务的成功与否起着至关重要的作用。
本文将对深空探测中的轨道分析、设计与控制进行深入研究，旨在提高我国深空探测任务的精准度和成功率，为未来的深空探测活动提供坚实的理论基础和实践指导。
本文将首先概述深空探测的背景和意义，阐述轨道分析、设计与控制在深空探测中的重要性。
随后，将详细介绍轨道分析的基本原理和方法，包括轨道动力学模型、轨道确定与预报等。
在此基础上，文章将探讨轨道设计的基本原则和优化方法，分析不同轨道类型在深空探测任务中的应用场景和优缺点。
本文还将深入讨论轨道控制的关键技术，如推力控制、轨道机动、轨道修正等，并分析这些技术在深空探测任务中的实际应用。
本文将对深空探测中的轨道分析、设计与控制进行总结，展望未来的发展趋势和研究方向。
通过本文的研究，将为我国深空探测任务的顺利开展提供有力的技术支撑和理论保障，推动我国深空探测事业的快速发展。
二、深空探测轨道基础深空探测轨道设计是深空探测任务中至关重要的一环，它涉及到如何最有效地将探测器从地球发送到目标天体，并在完成任务后将其安全带回地球。
在进行深空探测轨道设计时，需要考虑到多种因素，包括目标天体的位置、轨道动力学、能源限制、通信延迟等。
深空探测轨道通常可以分为发射轨道、转移轨道、接近轨道和返回轨道等几个阶段。
发射轨道是指探测器从地球表面发射后，进入地球引力场外的轨道。
转移轨道是指探测器从地球出发，经过一段时间的飞行，到达目标天体的轨道。
接近轨道是指探测器接近目标天体，进入其引力场，并准备进行科学实验或探测任务的轨道。
返回轨道则是指完成探测任务后，探测器从目标天体出发，返回地球的轨道。
在深空探测轨道设计中，需要特别关注轨道动力学的问题。
轨道动力学是研究物体在引力场中的运动规律的学科，对于深空探测轨道设计来说，它涉及到如何根据目标天体的引力场和探测器的动力学特性，计算出最佳的轨道轨迹。
哈尔滨工业大学 航天器轨道动力学作业参考
航天器轨道动力学作业1151820220 刘一石1. 试计算地-月二体系统的质心位置和旋转周期，地心处对公共质心的向心加速度是多少？ 解：经过查书可得到，地球质量为：245.97610E M kg =⨯月球的质量为：227.34810M M kg =⨯地月平均距离为：384000R km =二体问题其质心在两个物体连起来线段的中间。
设其质心位置距离地球xkm ，则距离月球为()R x km -。
根据二体质心的定义可以有如下关系：()E M M x M R x =-带入已有条件()24225.976107.34810384000x x ⨯=⨯-可以解得4464.26x km = 379335.75R x km -=带入万有引力定律公式2E ME E GM M M a R =有：()1122522286.67384107.34810 3.32210/3.8410M E GM kg a m s R m --⨯⨯⨯===⨯⨯ 2. 如果地球自转 17 周/天，赤道上会发生什么现象？以1000/m s 垂直向上抛出一物体会怎样？ 解：若地球自转17周每天，赤道上物体的速度为172172 3.146378140==7881m /243600243600R v s π⨯⨯⨯⨯⨯=⨯⨯赤道由于第一宇宙速度7.9/V km s ≈万有引力提供向心力和重力22GMm v m mg R R =+赤道赤道因此赤道上的重力加速度为2112422226.6738410 5.9761078810.0659/63781406378140GM v g kg s R R -⨯⨯⨯=-=-=赤道赤道 如果以1000/m s 抛出物体，则该物体的速度为7944.19/object v m s ==大于第一宇宙速度，因此将摆脱地球引力。
3. 绘出参数为70000a km =，0.9e =的绕地球椭圆轨道的真近角θ与速度v 、 真近角θ与径向速度V v 和真近角θ与水平速度H v 的关系曲线(1 周的) 解：由于真近角与位置矢量的关系为：()211cos a e r e ϕ-=+因此要求出真近角与速度的关系，相当于求位置矢径大小与速度的关系。
深空探测中的轨道设计和轨道力学
深空探 测相对于地球卫星而言 ，指探测器脱离地球引力范 围，进入 行星际空间甚至距 离地 球更 远 的空间对太 阳系 内或者太阳系以外的天体进行探测 ． 从 ２ ０世纪末 尤其是 ２ １世纪以来，随着航天领域科技 的进步和提高，对月球和太 阳系其他大行星 的探测，越来越多地得 到世界各 国的关注．近几年 ，我 国也加快 了对 月球 的探 测步 伐． ２ ０ ０ ７年 １ Ｏ月 ２ ４日，我国成功发射了第 １个月球探测器 嫦娥一号月球探测器，实现了精确变轨、成功绕 月的预 定 目标，获取到大量科学数据和全月影像图，并成功 实施受控撞 月任务 ． ２ ０ １ ０年 １ ０月 １日，我国又 成功发射嫦娥二号月球探测器 ，获取 了分辨率更 高的全月影像 图和 虹湾 区域高清 晰影像 ，并成功开展 环绕拉格朗 日 Ｌ ２点等多项拓展性试验 ，为深空探测后续任务的实施奠定 了基础 ． 针对我 国探月工程制定的绕、落、回 ３步计划 ，嫦娥 一号和二号探测器 的成功发射和探测任务 的 圆满完成使得地 月转 移轨道和 环月轨道 的设计得到很好 的应用．而针对返 回型探 测器所涉及到 的包含 地月转移、环 月和 月地转 移 ３段轨道 的完整轨道 ，并无涉及．文 中结合 嫦娥 工程探月 ３期任务和载人 探 月任务，对返 回型月球探 测器 的完整轨道进行设计 ，对轨道的动力学 特征进行分析 ，结合 任务 的设 定 要求对发射 轨道 窗 口进行 计算．研 究结 果具有一定 的普遍性 ，为返 回型 月球 探测器的轨道设计提供 相 应 的依据． 与此同时，我国的 自主火星探测计划也在进行 当中．文 中以此为背景，对地 火转 移轨道的轨道设 计 、轨道计算 、发射窗 口选 择和 中途轨道修正等进行 了全方位的研究．对精确力模型下大推力转移轨道 进 行了相应的计算和动力学特征 的分析 ，并给 出了轨 道中途修正的策略 ，为我 国的火 星探 测任务转移 轨道的选择和设计提供相应的依据 ．
地球-火星的燃料最省小推力转移轨道的设计与优化
（ ．哈 尔 滨 工 业 大 学 深 空 探 测 基 础 研 究 中心 ，哈 尔 滨 １０ ８ ；２ １ ５００ ．国 防科 工 委 月 球探 测 工 程办 公 室 ，北 京 １０８ ） ００ ０
摘
要 ：小 推 力 转 移 轨 道 的 设 计 与 优 化 一 直 是 深 空 探 测 轨 道 设 计 方 面 的 难 点 。针 对 这 些 问题 ， 出 了 一 种 基 提
１ 问题描 述
小 推 力 发 动 机 以其 高 比冲 、 质 量 的优越 性 能 轻 在 未来 的深 空探测 任务 中有 着光 明 的应用 前景 。小 推力 转移 轨道 的设 计 与优化 问题 一 直是 深空探 测小 推 力技 术研 究方 面 的一个 重点 和难 点 。针对 这个 问 题， 曾有 一 些学 者进 行 了研 究 。Ｂ ｒａｄ利 用庞 德 里 ｅｒ ｔｎ 亚 金最 大值 原理 设计 并优 化 了火 星采样 返 回任务 的 小 推力 轨道 … ， ｌｅｅ 利 用 一 种 最 大 值原 理 和 非 线 Ｋｕｖｒ 性 规 划相结 合 的算法 研 究 了地球 一月 球 的小推 力轨
于 等 高 线 图 的 初 始 发 射 机 会 搜 索 方 法 ， 方 法 通 过 绘 制 探 测 器 一火 星 距 离 的等 高 线 图 寻 找 满 足 任 务 约 束 的 小 推 力 该 转 移轨 道 发 射 机 会 ； 时 ， 文 还 给 出 了一 种 小 推 力 轨 道 的 直 接 优 化 算 法 ， 算 法 通 过 将 连 续 的 控 制 变 量 参 数 化 ， 同 本 该 把 轨 道 优 化 问 题 转 化 为 参 数 优 化 问题 ， 后 基 于 所 提 搜 索 方 法 ， 用 逐 次 二 次 规 划 方 法 进 行 求 解 。 数 值 计 算 验 证 然 采
深空探测中的轨道分析、设计与控制共3篇
深空探测中的轨道分析、设计与控制共3篇深空探测中的轨道分析、设计与控制1深空探测中的轨道分析、设计与控制随着科技的不断发展和人类对宇宙探索的兴趣日益浓厚，深空探测逐渐成为了当今科技领域中备受关注的话题。
深空探测需要仰仗先进的科学技术和创新设计，而其中的轨道分析、设计与控制是每一次深空探测都必不可少的重要环节。
轨道是指飞行器或卫星在外层空间的运行轨迹，而深空探测是指人类对地球以外的外太空物体进行研究和探索。
对于深空探测而言，轨道的分析、设计与控制显然是至关重要的，因为轨道是否合理、稳定，直接关系到这次探测任务的顺利实施。
首先，轨道分析是深空探测中必须经过的环节。
它通过数学运算及计算机的处理，推算出飞行器在不同时间、不同位置下所处的坐标和速度方向，可以有效地评估飞行器的运行状态。
轨道分析会根据探测任务的需要，设计出最佳的飞行轨迹，使得探测器可以尽可能地接近目标，并且与目标的相交时间、相对位置等都能得到控制。
此外，轨道分析还可以帮助科学家了解更多深空物体的运行规律，以及预测天体被摄影的方位和时间，提供相关技术支持。
其次，深空探测中的轨道设计也是至关重要的一环。
一般来说，轨道设计需要考虑到很多因素，例如飞行器的质量、能量消耗、发射时间等等。
针对每个具体的探测任务，科学家必须根据特定的目标和预算，设计出最佳的飞行轨道，使得能量消耗最小化、探测器所需的时间最短化，并且考虑到轨道能否反复飞行，一些实用性问题。
此外，在设计轨道时还需充分考虑周围卫星、行星等天体对探测器运动的干扰，进一步确保探测任务的可行性和精度。
最后，对于实施深空探测而言，控制是不可或缺的一部分。
这里的控制不仅仅是针对飞行器的自身状态和运行状态进行控制，还需要针对一些不可控的因素（例如行星引力、空间微粒等）进行动态调整和控制，进一步保证探测任务的精度和高效。
控制方案制定的好坏直接关系到整个探测任务的成败，亦是深空探测中不可忽视的一个环节。
综上所述，深空探测中的轨道分析、设计与控制都是非常重要的环节。
《模拟探索_到火星上去作业设计方案》
《模拟探索_到火星上去》作业设计方案一、设计目标本次作业旨在通过模拟探索火星的活动，激发学生对太空探索的兴趣，培养学生的团队合作能力和解决问题的能力，同时拓展学生的科学知识和想象力。
二、设计内容1. 分组活动：将学生分成若干小组，每组4-5人，每组起一个团队名称。
2. 火星探索任务：每个小组将扮演一支模拟火星探索队伍，在规定的时间内完成一系列任务。
任务包括但不限于：搭建火星基地、种植植物、收集水资源、进行地质勘探等。
3. 角色扮演：每个小组成员将扮演不同的角色，如指挥官、科学家、工程师等，各自承担不同的责任。
4. 实地模拟：在学校或户外场地搭建火星基地模型，模拟真实的探索环境。
5. 进修汇报：每个小组将根据自己的任务完成情况，制作PPT或海报进行进修汇报。
6. 结业演示：所有小组将在结业仪式上展示他们的效果，分享探索经验。
三、设计步骤1. 活动前准备：老师准备火星探索任务清单、分组名单、角色卡片等材料，并安排活动场地。
2. 分组组建：老师根据学生的兴趣和能力，将学生分成若干小组，并为每个小组起一个团队名称。
3. 角色分配：每个小组成员根据自己的兴趣和特长，选择一个角色扮演，确保每个小组各司其职。
4. 模拟探索：学生在规守时间内进行火星探索任务，完成各项任务并记录效果。
5. 进修汇报：每个小组根据任务完成情况，制作PPT或海报进行进修汇报，分享探索经验和收获。
6. 结业演示：所有小组在结业仪式上展示他们的效果，老师和同砚们进行评审并颁发证书。
四、评估方式1. 任务完成情况：根据每个小组完成任务的情况评分，包括任务完成度、合作水平、创新能力等。
2. 进修汇报：评估每个小组的进修汇报质量，包括内容丰富度、表达清晰度、观点奇特性等。
3. 结业演示：评估每个小组在结业演示中展示的效果和经验，包括展示效果、团队合作等。
五、活动扫尾1. 结业仪式：举行结业仪式，表彰优秀小组，并颁发证书。
2. 反思总结：学生和老师共同总结活动经验，反思不足的地方，为下次活动做准备。
载人火星探测任务轨道和总体方案
01
探测活动
在火星表面进行地质调查、环境 分析、采样等探测活动，获取有 关火星的详细信息。
返回准备
02
03
火星返回
建造和测试返回舱，准备返回地 球的航天器、推进剂等。
通过火星起飞、再入大气层等操 作，将航天员和样品安全送回地 球。
THANKS
感谢观看
火星返回方案
样品采集
在火星表面采集具有科学研究价值的岩石和土 壤样本。
样品封装
将采集的样品进行封装，以保护其不受污染和 损失。
返回舱设计
设计和制造一个能够承载样品并安全返回地球的返回舱。
04
关键技术挑战及解决策 略
推进技术
火箭技术
为了将载人飞船送至火星，需要使用具有强大推力的火箭，确保 飞船能够成功脱离地球引力。
热防护
使用隔热材料和热防护涂层，防止高速摩擦产生的高 温对探测器造成损坏。
着陆过程
在接近地面时，通过反推发动机和缓冲机构实现平稳 着陆。
火星表面移动方案
火星车
配备有轮子和独立悬挂系统，能够在火星表 面进行移动和越障。
遥控机械臂
用于抓取和操作火星表面的岩石和土壤样本 。
探测机器人
能够在危险或未知环境下进行探测和采样。
推进器技术
为了实现飞船在火星表面的移动和姿态调整，需要使用高效的推 进器，如离子推进器和涡轮发动机。
燃料储存技术
为了确保飞船的长时间航行，需要研发高效、安全的燃料储存技 术，如液氢和液氧储存技术。
热控技术
温度控制技术
由于火星环境极端寒冷，需要确保飞船能够 保持适宜的温度，因此需要研发高效的温度 控制技术。
自主导航算法
为了实现飞船的自主导 航，需要研发高效的自 主导航算法，以实现飞 船对火星表面的精确着 陆。
火星探测器的轨道设计与控制
火星探测器的轨道设计与控制一、前言自人类进入太空时代以来，探测火星一直是许多国家和科技机构努力的方向。
相比于地球，火星的环境和气候非常恶劣，人类难以生存，因此探测火星的方式多依赖于无人自主探测器。
而如何设计和控制这些探测器的轨道，成为了保障探测器顺利工作的首要问题。
二、火星探测器轨道设计火星探测器的轨道设计是一个非常重要且复杂的问题。
首先要明确的是，探测器轨道设计需要考虑多种因素，其中最重要的是地球和火星的位置和距离、火星表面的地形和地貌、太阳风的影响等。
因此，轨道设计需要紧密结合探测任务的具体要求，充分考虑上述因素的影响。
1. 靶点的选择轨道设计的第一步是选择好探测器的着陆点，或者称之为靶点。
靶点的选择需要考虑地形地貌、环境条件、资源和科学研究价值等多方面因素。
比如，探测火星极地可能会获取到关于火星历史气候变化的价值数据，而选取陨石撞击坑可能会揭示火星的地质历史，影响着陆点的选择还有探测器的能源来源，比如太阳能电池板需要大面积的开阔地带。
2. 轨道类型的选择火星探测器的轨道类型可以分为椭圆轨道、偏心轨道、圆锥体轨道等多种类型。
在考虑轨道类型时，需要根据探测器的任务要求，比如对于能量稳定的科学试验，可以选择椭圆轨道，这种轨道具有稳定的轨道周期和能量，适合长时间观测；对于着陆任务来说，需要选择与火星表面相交的过渡轨道，使得着陆器能够逐渐减速，并适应急剧变化的火星大气，不至于摔毁。
3. 飞行器设备性能的要求轨道设计需要同时考虑飞行器的固有特性，比如其自身质量、推进系统、导航系统、电子设备等，这些因素都会影响探测器的轨道设计。
比如，推进系统的推进力和工作时间，电子设备的重量和能耗等都会对轨道设计产生不同程度的影响。
三、火星探测器轨道控制制定好火星探测器的轨道仅仅是探测任务的一个起点。
为了保障探测器顺利工作，良好的轨道控制也同样十分关键。
探测器的轨道控制需要实时监测和分析探测器的运行状态和位置，随时进行微小的调整。
《模拟探索_到火星上去作业设计方案-2023-2024学年科学人教鄂教版》
《模拟探索_到火星上去》作业设计方案第一课时一、教学目标1. 让学生了解火星的基本情况，包括气候、地形、生物等；2. 启发学生对于太空探索的兴趣，培养学生的科学探索精神；3. 提高学生的团队合作能力和解决问题的能力；4. 培养学生的创新思维和动手能力。
二、教学内容1. 火星的基本情况介绍，包括气候、地形、生物等；2. 火星探测器的设计与制作；3. 模拟火星表面环境的搭建；4. 火星探索任务的模拟实施；5. 结合实际情况进行总结分析。
三、教学过程1. 初步介绍火星的基本情况，引发学生对火星的好奇心；2. 小组合作，设计并制作火星探测器，考虑到火星表面的气候和地形等因素；3. 在模拟火星表面环境中进行实际测试，检验探测器的性能；4. 模拟火星探索任务的实施，小组成员分工合作，完成任务；5. 分析实验结果，总结探测器的设计与性能，讨论探索火星的可能性以及未来发展方向。
四、教学评估1. 考察学生对火星基本情况的掌握程度，包括气候、地形、生物等；2. 考察学生制作火星探测器的设计过程和性能表现；3. 考察学生在模拟火星探索任务中的表现，包括团队合作能力和解决问题的能力；4. 考察学生对于实验结果的分析与总结能力，以及对未来火星探索的思考。
五、教学资源1. 火星基本情况介绍资料；2. 制作火星探测器所需要的材料工具；3. 模拟火星表面环境搭建所需的器材；4. 模拟火星探索任务的实施计划。
六、教学反思通过本次作业设计方案的实施，学生能够全面了解火星的基本情况，培养科学探索精神，提高团队合作能力和解决问题能力。
同时，通过制作火星探测器、模拟火星环境和进行火星探索任务的实施，学生可以锻炼创新思维、动手能力和实践能力，为未来的学习和工作打下坚实基础。
在教学过程中，教师要及时引导学生，激发他们的学习兴趣和探索欲望，使作业设计方案达到预期的教学目标。
第二课时一、研究背景随着科技的发展，人类对于外太空的探索变得越来越广泛。
《活动三到火星上去》作业设计方案-小学综合实践活动沪科黔科版六年级下册
《到火星上去》作业设计方案（第一课时）一、作业目标1. 激发学生对火星探索的兴趣，培养其科学探索精神。
2. 让学生初步了解火星的基本知识，包括其地理、气候、生物可能性等。
3. 通过实践活动，提高学生的团队协作能力和动手实践能力。
二、作业内容作业内容主要围绕“火星探索”主题展开，具体包括以下几个方面：1. 火星知识学习：学生需通过查阅资料、观看视频等方式，了解火星的基本情况，包括其历史、地理、气候特点等。
2. 火星想象画创作：学生需以个人或小组形式，创作一幅关于火星的想象画，可以包括火星的表面景象、火星城市、火星生物等。
3. 火星日记撰写：学生需以第一人称视角，撰写一篇关于自己乘坐火星探测器前往火星的日记，描述火星的所见所闻和感受。
4. 团队合作任务：学生需分组进行火星探测器模型制作，模拟火星探测过程，并准备简单的汇报展示。
三、作业要求1. 火星知识学习：学生需将所学习的火星知识整理成简要的笔记或思维导图，并在小组内进行分享交流。
2. 火星想象画创作：画作需符合主题，内容积极向上，能够体现出学生对火星的想象和理解。
画作需保持整洁、美观。
3. 火星日记撰写：日记内容需紧扣主题，情节连贯，用词准确，能够真实反映学生的内心感受和体验。
4. 团队合作任务：学生需积极参与模型制作，充分体现团队合作精神，模型制作完成后需进行简单的汇报展示，包括介绍模型的设计理念、制作过程等。
四、作业评价作业评价将根据以下几个方面进行：1. 学生对火星知识的掌握程度。
2. 火星想象画的创意性、美观度。
3. 火星日记的连贯性、用词准确性及情感表达。
4. 团队合作任务的完成度、创新性及展示能力。
五、作业反馈1. 教师将对每位学生的作业进行认真批改，指出优点和不足，并给出改进建议。
2. 小组内成员需互相评价，分享彼此的看法和建议。
3. 对于表现优秀的学生和小组，将在班级内进行表扬和展示。
4. 教师将根据作业反馈，对后续的教学内容和活动进行相应的调整和完善。
《模拟探索_到火星上去作业设计方案-2023-2024学年科学人教鄂教版》
《模拟探索_到火星上去》作业设计方案一、课程背景本作业设计方案是为了帮助学生更好地了解太空探索和火星探索的相关知识，激发学生对科学探索的兴趣，培养学生的创新能力和团队合作精神。
二、教学目标1. 了解太空探索和火星探索的历史和现状。
2. 掌握火星探索的基本知识和技术。
3. 培养学生的创新思维和解决问题的能力。
4. 提高学生的团队合作和沟通能力。
三、作业设计方案1. 分组进修：将学生分成若干个小组，每个小组卖力钻研一个特定的火星探索项目，如“火星车探测”、“火星殖民计划”等。
每个小组需要进行资料收集、分析和展示。
2. 模拟任务：每个小组需要设计一个火星探索任务计划，包括任务目标、任务流程、任务时间表等。
学生需要思量到各种可能的问题和挑战，提出解决方案。
3. 角色扮演：每个小组需要选出一个“指挥官”和若干“宇航员”，并进行角色扮演。
指挥官需要领导团队完成火星探索任务，宇航员需要执行任务并报告工作进展。
4. 实践操作：学生可以利用模型、图纸等材料，制作火星车、火星基地等实物模型，以便更好地展示他们的火星探索任务计划。
5. 展示交流：每个小组需要向全班同砚展示他们的火星探索任务计划，包括任务目标、任务流程、任务时间表等。
学生可以通过展示交流，进修其他小组的火星探索计划，互相借鉴和改进。
四、评判方式1. 作业报告：每个小组需要提交一份火星探索任务计划报告，包括任务目标、任务流程、任务时间表等。
评分标准包括方案的创新性、合理性和可行性。
2. 展示表现：每个小组在展示交流环节需要展示他们的火星探索任务计划，并回答同砚的问题。
评分标准包括表达能力、团队合作和沟通能力等。
3. 实物模型：每个小组制作的火星车、火星基地等实物模型也会作为评判的重要依据。
评分标准包括制作精美度、符合任务要求等。
五、作业反馈1. 教师会对每个小组的作业进行评分，并给予详细的评判和建议。
2. 学生可以互相交流、进修，互相评判，提出改进建议。
《模拟探索_到火星上去作业设计方案-2023-2024学年科学人教鄂教版》
《模拟探索_到火星上去》作业设计方案一、教学目标：1. 让学生了解火星探索的历史和现状；2. 激发学生对太空探索的兴趣和热情；3. 培养学生的团队合作能力和创造力；4. 提高学生的科学素养和解决问题的能力。
二、教学内容：1. 火星探索的历史和现状；2. 火星的环境和特点；3. 火星探测器和载人探测计划；4. 设计火星探索任务和实施方案。
三、教学过程：1. 分组讨论：将学生分成若干小组，每组讨论一个火星探索相关的话题，如火星探测器、火星生命迹象等，然后向全班汇报；2. 观看视频：观看有关火星探索的视频，了解火星的环境和特点，以及人类对火星的探索计划；3. 实地考察：组织学生进行火星模拟探索活动，模拟火星表面环境，让学生亲身体验火星探索的困难和挑战；4. 设计任务：让学生根据所学知识和实地考察结果，设计一个火星探索任务和实施方案，包括任务目标、装备需求、食物供应等；5. 展示效果：每组学生向全班展示他们设计的火星探索任务和实施方案，让其他同砚提出建议和意见；6. 实施任务：选取若干组的设计方案，组织学生进行火星模拟探索活动，体验团队合作和解决问题的过程；7. 总结讨论：活动结束后，对学生进行总结讨论，让他们分享自己的体会和感受，以及对火星探索的看法和展望。
四、评判方式：1. 学生小组展示的内容和表现；2. 学生设计的火星探索任务和实施方案的合理性和创新性；3. 学生在火星模拟探索活动中的表现和团队合作能力；4. 学生对火星探索的理解和认识的深度和广度。
五、作业要求：1. 每个小组需完成一个火星探索任务和实施方案的设计；2. 每个学生需参与火星模拟探索活动，并撰写一份活动总结报告；3. 每个学生需在班级讨论中积极参与，展示自己的见解和观点。
六、拓展延伸：1. 鼓励学生自主探索火星探索的更多资料和信息；2. 组织学生参与火星探索相关的讲座和活动，拓展他们的视野和知识面；3. 鼓励学生进行更深入的火星模拟探索活动，提高他们的实践能力和创新思维。
(完整版)哈工大深空探测轨道设计作业_地球至火星轨道设计
目录1.1研究现状及分析 (2)1.1.1 发射窗口 (4)1.1.2火星探测轨道设计 (5)1.1.3火星探测轨道优化 (7)1.2轨道基础知识 (9)1.2.1时间系统 (9)1.2.2坐标系统 (10)1.2.3星历数据 (11)1.2.4B平面 (11)1.2.5Lambert问题 (12)1.3火星探测直接转移轨道的初步设计 (13)1.3.1日心轨道设计及发射窗口的搜索 (13)1.3.2地心段参数的确定 (15)1.3.3火心段参数的确定 (19)1.4 基于B平面参数的精确轨道设计 (20)1.4.1 问题描述 (20)1.4.2 制导方法 (21)1.4.3 轨道精确设计求解 (22)1.4仿真分析 (23)1.4.1初步轨道参数设计结果 (24)1.4.2 精确轨道参数设计结果 (26)1.5结论 (27)I- 2 - 地球——火星转移轨道设计轨道设计是火星探测任务的基础，在设计出精确轨道前，一般都忽略次要因素，以二体模型为基础设计一条简单的轨道来满足任务的要求。
本章采用普适变量方法求解Lambert 问题，并给出基于pork-chop 图以及优化算法两种方法对发射窗口进行搜索，基于此窗口对转移轨道进行初步设计和精确设计。
1.1 研究现状及分析近十年来火星探测已成为科学家们开展空间研究的主流趋势之一，火星是太阳系内与地球最接近的一颗行星，它们有很多共同特征。
自从水被证实在其上存在后，有存在生命的可能是人类目前对火星感兴趣的主要原因之一，此推动了科学研究，在之后每一个合适的发射窗口，都有新型的行星际探测器飞往火星，并携带科学设备用来研究火星的大气与表面，以及发现一些新奇的现象。
在过去的50年里，仅美国在火星探测研究的经费已超过了100亿美金，而在不远的将来他们计划开展大量的火星科学探测活动。
目前，包括俄罗斯航天局在内的世界各大航天机构正在考虑发射载人探测器到火星上的可能性，而确定这样的计划后使得火星探测基础理论研究、技术支持和工程实验迅猛发展，此时我国开展火星探测是及时的，在自主研发的基础上，借鉴外国经验，发展我国自己的火星探测技术，开拓空间资源和领域，促使太空经济蓬勃发展。
哈工大深空探测轨道设计课程作业
地球—火星转移轨道设计1.研究问题描述在未来3年内寻找发射机会，设计地球－火星转移轨道，以总能量最小为指标。
假设地球停泊轨道为高度200km、轨道倾角28.5º的圆轨道，目标轨道为高度500km、倾角90 º的火星绕飞轨道。
轨道动力学模型只考虑太阳、地球、火星的引力作用及地球J2项摄动。
分别给出初步轨道设计参数和精确轨道设计参数。
2.解决方案首先，基于pork-chop图寻找合适的发射窗口，然后采用圆锥曲线拼接法，进行轨道的初步设计，分段用二体模型设计各阶段轨道，最后在精确力学模型下，采用微分修正法，基于B平面参数进行精确轨道设计。
2.1地火转移轨道的初步设计对于初步设计，是以圆锥曲线拼接法(Patched Conic Method)为基本原理，将探测轨道划分为几个分段过程，每个分段过程可以近似成二体问题处理，然后通过接口，将每一段拼接在一起。
它是在二体模型假设下，通过求解Lambert问题确定发射窗口，利用圆锥曲线拼接法确定地心段、日心段、火星段的初始轨道参数。
2.1.1日心轨道设计及发射窗口的搜索本文采用等高线图法搜索发射窗口，通过给出既定时间段内所有的发射和到达时间情况，获得初始和终了位置，进而解算Lambert问题，从而绘制“猪排”图，观察得到最优发射机会。
基于等高线图的最优发射机会搜索算法的主要步骤如下：（1）根据任务的需要确定出发射机会搜索的目标函数（性能指标）、发射时间的区间以及飞行时间的区间；（2）选取一组出发时刻t0和达到时刻t f，根据行星历表计算地球的位置R E(t0)、速度V E(t0)和火星的位置R M(t f)、速度V M(t f)；（3）利用转移时间（t f - t0）、R E(t0)、以及R M(t f)，通过求解Lambert问题，可以得到探测器在始末位置处的速度矢量V1(t0), V2(t f)；（4） 确定发射机会的目标函数，并绘制出等高线图；（5） 根据等高线图，找到目标函数取值较小的区域，确定出性能指标指标最优的发射时间；以上步骤中涉及到的目标函数（性能指标）通常是指双曲线超速v ∞，发射能量C 3，速度增量Δv ，它们的具体定义为：双曲线在达到地球引力影响球边缘时速度有剩余，这个双曲线剩余速度v ∞通常称为双曲线超速，计算公式为,11LE ∞=-v v v(1-1)式中v 1是飞行器的速度矢量，v LE 是发射时刻地球绕太阳公转的速度矢量。
探月飞行器再入地球大气层的轨道设计
硕士学位论文探月飞行器再入地球大气层的轨道设计LUNAR SPACECRAFT RE-ENTRY ORBITDESIGN王涛哈尔滨工业大学2012年7月国内图书分类号：V423.4学校代码：10213 国际图书分类号：520密级：公开工学硕士学位论文探月飞行器再入地球大气层的轨道设计硕士研究生：王涛导 师：田浩 副教授申请学位：工学硕士学科：人机与环境工程所在单位：航天学院答辩日期：2012年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学Classified Index: V423.4U.D.C.:520Dissertation for the Master Degree in EngineeringLUNAR SPACECRAFT RE-ENTRY ORBITDESIGNCandidate：Wang TaoSupervisor：Associate Prof. Tian HaoAcademic Degree Applied for：Master of EngineeringSpecialty：Ergonomics and EnvironmentEngineeringAffiliation：Department of AerospaceDate of Defense：June, 2012Degree-Conferring-Institution：Harbin Institute of Technology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随着科技技术的不断发展，航天技术也在近几十年取得了飞速的进步。
进入本世纪以来，世界各国对于宇宙深空的探测的热情空前高涨。
美国、俄罗斯、欧洲航空航天局、日本、印度等世界航天大国都纷纷展开了自己的深空探测计划，尤其是对离我们生存的地球最近的自然天体月球的探测活动兴趣最浓。
我国也于本世纪展开了我国自己的探月工程“嫦娥”工程，本文正是在此背景下，对于探月飞行器在返回地球过程中再入地球大气层的轨道进行分析和设计。
深空探测轨道设计初步
首先，在日心系下，确定能够到达期望的行星位置的转移轨道（例如
霍曼转移轨道）(1)。
然后，在行星引力影响球内，将探测器到达行星期望位置时的状态转
换为探测器相对行星在无穷远处的状态，用来确定行星1的逃逸轨道(2)和行
星2的到达轨道(3)。这样，我们将3条轨道“拼接”在了一起。
深空探测轨道设计基本概念
行星星历
行星1逆时针运动。
(a)
(b)
深空探测轨道设计基本概念
相位角随时间线性变化。当t = 0时刻 = 0，多久后相位角再次为0？
当行星2相对行星1旋转2角度时。相位再次回到初始相位所需的时间
称为会合周期（synodic period），记为Tsyn。以图(a)为例， Tsyn是从0
变为0 − 2所需的时间：
道的轨道面，共同影响了借力效果。
进入双曲超速：
双曲线
,
，则渐近线方向
借力转角
逃逸双曲超速由进入双曲超速绕角动量方向转角度得到：
借力飞行
多天体借力序列规划
当夹角为0˚时， 矢量与行星的速度矢量方向相同，可以得到v∞对应
的最大能量的日心轨道。当为180˚时， 矢量与行星的速度矢量反向，有
最低的日心能量。
深空探测轨道设计基本概念
发射能量等高线图
在星历下，目标行星与地球满足转移需求的相位关系只在特定时刻出
现，因此发射机会只在特定时间出现。
发射能量等高线图（或称：猪排图，pork chop）可以直观的刻画出
给定时间段内行星任务发射机会变化的情况，从而为最优发射机会的搜索
提供良好的初值猜测。（发射能量
）
D1
P2 X 2 , 0, 0
D2
t
《模拟探索_到火星上去》作业设计方案
《模拟探索_到火星上去》作业设计方案第一课时一、背景介绍随着科技的不断发展，人类对外太空的探索也愈发深入。
而火星一直被认为是人类能够登陆的下一个目标星球。
为了激发学生对外太空的探索兴趣，本次作业设计将以模拟探索火星为主题，让学生们体验一次真实的火星探索之旅。
二、作业目标通过本次作业设计，学生将能够：1.了解火星的基本情况和探索历史；2.培养团队合作意识和解决问题能力；3.提升学生的创造力和想象力。
三、作业内容1. 火星介绍：学生需要在小组中研究并准备一份火星介绍PPT，内容包括火星的基本情况、气候特点、地貌特征等。
2. 火星探索计划：每个小组将扮演一支探索队，需要制定一份详细的火星探索计划书，包括航行路线、可能遇到的问题、解决方案等。
3. 火星探索模拟：在户外进行火星探索模拟活动，学生们需要穿上特制的太空服，按照预定路线进行探索并完成任务。
4. 分析总结：学生们在完成探索活动后，需要撰写一份探索总结报告，包括对任务的完成情况、遇到的困难、团队协作情况等。
四、作业流程1. 第一周：学生分组，每组确定角色分工，并开始研究火星的基本情况。
2. 第二周：每个小组准备火星介绍PPT，并进行展示。
3. 第三周：小组制定火星探索计划书，并进行组内讨论完善。
4. 第四周：火星探索模拟活动进行，学生们按照计划进行探索。
5. 第五周：学生们撰写探索总结报告，并进行展示分享。
五、评价方式1. PPT展示评分：根据火星介绍PPT的内容质量、设计风格等方面进行评分。
2. 计划书评分：根据火星探索计划书的合理性、详细性等方面进行评分。
3. 模拟活动评分：根据学生在火星探索模拟活动中的表现进行评分。
4. 总结报告评分：根据学生撰写的探索总结报告的内容和结构进行评分。
六、拓展延伸1. 邀请相关专家来校进行火星专题讲座，深入了解火星探索的最新进展。
2. 组织学生观看与火星探索相关的科普纪录片，激发学生对外太空的兴趣。
3. 建立火星探索社团，定期组织学生进行火星探索模拟活动，培养学生的团队合作意识和科学素养。
火星探测轨道器设计及任务配备方案优化
火星探测轨道器设计及任务配备方案优化随着人类对宇宙探索的热情不断高涨，火星成为了我们最重要的目标之一。
为了实现人类登陆火星的愿景，火星探测轨道器的设计和任务配备必须得到优化，以确保任务的成功执行。
本文将就火星探测轨道器的设计和任务配备方案进行详细探讨和优化。
首先，火星探测轨道器的设计是确保任务成功的关键。
为了达到这个目标，我们应该设计一个高度可靠和安全的探测器。
首先，轨道器应具备强大的通信能力，能够与地球的控制中心保持稳定的通信链接。
这不仅能提供实时的任务数据和指令传输，还能用于监测环境条件和引导探测器的操作。
其次，探测器应该具备高度灵活性，能够适应不同的任务需求。
这可以通过增加模块化设计、提高航天器自主控制能力和使用可调整的仪器和设备来实现。
最后，探测器应具备高度的自动化能力，以减少对人类干预的需求并提高任务的效率。
这可以通过使用智能系统和人工智能技术来实现，如自主导航系统和自主修复功能等。
其次，任务配备方案的优化也至关重要。
一个优化的任务配备方案可以提高任务执行的效率和成功率。
首先，我们应该合理配置探测器所携带的科学仪器。
火星是一个富有科学价值的星球，我们需要确保探测器携带了足够的科学仪器来研究火星的地质结构、气候变化、生态系统和可能存在的生命迹象等。
同时，我们还应该考虑到仪器的重量和大小，以确保探测器的负载能力和空间利用率。
另外，我们还应该考虑到仪器之间的兼容性和互补性，以提高研究工作的综合效果和数据分析的准确性。
其次，火星探测轨道器的能源和动力系统也需要进行优化。
火星距离地球很远，因此轨道器需要一个可靠、高效的能源系统，以确保长期的稳定运行。
传统的太阳能电池可能无法满足火星任务的需求，因此我们可以考虑使用更高效的太阳能电池、核能源或者火星自身的资源作为动力来源。
此外，我们还可以研究和开发新型的能源技术，如太空光伏发电、太空核聚变等，以提供更可持续的能源供应。
最后，我们还应该考虑到火星任务的风险和应急预案。
哈工大深空探测轨道设计课程作业
哈工大深空探测轨道设计课程作业1. 课程哈工大深空探测轨道设计课程是哈尔滨工业大学航天学院本科课程之一，旨在帮助学生掌握深空探测器轨道设计的基本理论和方法，从而能够设计符合任务需求的轨道，并考虑花费和卫星的稳定性等问题。
本课程作业是在学习课程理论基础的基础上进行的，要求学生完成一项深空探测器轨道设计。
2. 作业要求作业要求学生选择一个深空探测器任务，进行轨道设计。
具体要求如下：1.选择一个深空探测器任务，包括但不限于月球探测、火星探测、木星探测等；2.研究任务的需求，包括探测器的有效载荷、科学目标、任务周期等；3.根据任务需求，设计一个轨道方案，要求考虑轨道类型，轨道倾角，近地点，远地点等参数；4.对轨道进行稳定性分析，确保探测器可以在轨道上稳定工作；5.对轨道进行优化，达到较低的花费和高的稳定性。
3. 设计过程我选择的是一个月球探测任务。
根据任务需求，探测器需要完成月球表面的地形测量、成分分析以及磁场等方面的观测。
根据任务周期要求，轨道周期应为28天，即一个年月的时间。
在此基础上，我进行了轨道设计。
首先，我根据任务需求，选择了环月轨道。
因为这种轨道可以在月球表面不同位置进行研究，完成月球表面全面地形测量和成分分析。
其次，为了保证探测器在不同位置都能够有足够的观测时间，我选择了近月点高度为50公里，远月点为500公里的椭圆轨道，轨道倾角为30度。
接下来，我进行了稳定性分析。
通过计算探测器在轨道上的姿态运动方程，确定了探测器应当安装哪些姿态控制设备，并对其进行了轨道稳定性分析。
我经过计算发现，探测器在轨道上的稳定时间可以达到24小时以上，能够满足任务要求。
最后，我对轨道进行了优化。
通过计算发现，探测器在当前轨道上的供电需求较高，因此我对轨道进行了优化，使得探测器在轨道上得到更好的遮阳，从而减少能耗损耗，达到了较低的花费和高的稳定性。
4.通过本次作业，我深刻认识到了深空探测器轨道设计的重要性和复杂性。
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目录1.1研究现状及分析 (2)1.1.1 发射窗口 (4)1.1.2火星探测轨道设计 (5)1.1.3火星探测轨道优化 (7)1.2轨道基础知识 (9)1.2.1时间系统 (9)1.2.2坐标系统 (10)1.2.3星历数据 (11)1.2.4B平面 (11)1.2.5Lambert问题 (12)1.3火星探测直接转移轨道的初步设计 (13)1.3.1日心轨道设计及发射窗口的搜索 (13)1.3.2地心段参数的确定 (15)1.3.3火心段参数的确定 (19)1.4 基于B平面参数的精确轨道设计 (20)1.4.1 问题描述 (20)1.4.2 制导方法 (21)1.4.3 轨道精确设计求解 (22)1.4仿真分析 (23)1.4.1初步轨道参数设计结果 (24)1.4.2 精确轨道参数设计结果 (26)1.5结论 (27)I- 2 - 地球——火星转移轨道设计轨道设计是火星探测任务的基础，在设计出精确轨道前，一般都忽略次要因素，以二体模型为基础设计一条简单的轨道来满足任务的要求。
本章采用普适变量方法求解Lambert 问题，并给出基于pork-chop 图以及优化算法两种方法对发射窗口进行搜索，基于此窗口对转移轨道进行初步设计和精确设计。
1.1 研究现状及分析近十年来火星探测已成为科学家们开展空间研究的主流趋势之一，火星是太阳系内与地球最接近的一颗行星，它们有很多共同特征。
自从水被证实在其上存在后，有存在生命的可能是人类目前对火星感兴趣的主要原因之一，此推动了科学研究，在之后每一个合适的发射窗口，都有新型的行星际探测器飞往火星，并携带科学设备用来研究火星的大气与表面，以及发现一些新奇的现象。
在过去的50年里，仅美国在火星探测研究的经费已超过了100亿美金，而在不远的将来他们计划开展大量的火星科学探测活动。
目前，包括俄罗斯航天局在内的世界各大航天机构正在考虑发射载人探测器到火星上的可能性，而确定这样的计划后使得火星探测基础理论研究、技术支持和工程实验迅猛发展，此时我国开展火星探测是及时的，在自主研发的基础上，借鉴外国经验，发展我国自己的火星探测技术，开拓空间资源和领域，促使太空经济蓬勃发展。
截至到2013年，人类从“火星1号”开始共发射41颗火星探测器，其中按任务类型可分为：飞越型、环绕型和着陆型三类。
下表给出了部分抵达过火星的探测器数据（发射与到达时火星和地球的黄经差分别为d λ∆和s λ∆、转移时间T 和转移角度θ）。
表 1 部分抵达火星的探测器数据探测器任务类型 d λ∆ s λ∆ /T d /θ 火星1号飞越 46.34 -53.01 220 161.61 水手4号飞越 58.74 -46.6 228 178.22 火星2号轨道/着陆器 47.95 -40.77 192 148.56 水手9号轨道器 42.83 -34.60 168 130.86 火星4号轨道器 41.46 -52.63 204 148.37火星7号着陆器32.64 -65.1 212 143.75海盗1号轨道/着陆器50.59 -103.95 335 226.16火卫一2号轨道/着陆器36.64 -56.08 201 141.96环球勘测者轨道器73.51 -68.77 308 234.90火星探路者着陆/火星车61.03 -36.86 212 172.15 希望号轨道器155.01 -43.36 1990 -奥德赛号轨道器49.46 -42.98 200 154.25 快车轨道/着陆器46.56 -48.52 206 154.49 勇气号火星车42.89 -53.16 208 151.9 机遇号火星车29.95 -62.88 201 135.27侦查轨道器轨道器36.37 -60.55 210 146.43 凤凰号着陆器63.12 -73.01 295 217.7上表中转移角基本上都在180度附近，类似于霍曼转移轨道的结果，反映出火星轨道设计优先考虑能量问题，这为我国自行开展火星探测任务提供了参考信息。
总结过去50多年的火星探测任务，人类借助多个探测器对火星进行了观测与探测，揭示了一个与地球相近而又有众多不同的新世界。
针对之前所取得的成果，世界各个航天大国纷纷提出自己的火星探测计划，其中以美国NASA火星科学实验室和欧空局的天外火星最具有代表性，而其主要任务为：1）开展有针对性的火星侦测任务，寻找火星上的生命迹象和热液源，及火星大气高层探测，即空间生物研究实验室和火星大气高层探测卫星；2）火星样本返回计划，采用相对简单的方法在着陆点就地采集土壤和大气样品，通过返回式飞船带回地球进行详细分析，最理想情况下这一任务将于2016年欧空局开展；3）在火星安置寿命较长的着陆器形成网络，进而开展地震学、地质化学和气象学研究，评估火星上微粒的特性及大气参数的动态变化，乃至于研究航天员到达火星的生物危险等级；4）开展深度钻孔任务，即配备钻孔设备对火星土壤深度挖掘，寻找可能存在的水资源并评估其特性，以期望在未来的载人登火任务中可以充分利用火星上的资源；- 3 -5）开启载人登陆火星任务，主要分三个阶段，初始阶段主要验证就地资源的使用可行性和高空拦截技术（70°锥角）及在火星大气机动时用仪器测量环境参数，中间阶段主要解决精确着陆和火星表面土壤的辐射防护特性分析，及验证精简模式的载人火星着陆系统，最终阶段需要解决首次载人任务的着陆点勘测和关键任务的全比例实验。
总的来说，在载人探测之前的无人探测任务还有许多待解决的问题，火星上水和甲烷的发现加速了世界各国科学家们火星移民和开发火星的设想，根据过去五十年来对火星环境的信息已为我国提供了宝贵的数据支持，开展火星探测研究可以提升我国科学和经济发展，更加可以提高我国在社会的地位，所以在国家“十一五”计划中早早地规划了以月球探测为基础，继而开展火星探测为主线的深空探测任务。
1.1.1 发射窗口大多数火星转移轨道均是采用霍曼过渡方式，而在地球上每隔26个月才会出现一个较为合适的发射窗口，此时地球与火星相对比较近，发射能量较少，一旦错过这个合适的发射窗口，地球与火星在日心坐标系下的位置发生了变化，飞行路线也发生变化，导致能量不是最优，甚至不能临近火星，故发射窗口的选取是火星探测任务中重要的一环，主要是受到诸多限制，而这些限制条件与发射成本和工程复杂性有关，主要包括飞行时间、发射能量与任务总能量，甚至包括运载火箭的级别，而在合适的年份探测火星，火星探测器对运载火箭是有一些特定的要求，无论运载能力是否足够，一些运载火箭仍然不能发射火星探测器。
选取最优发射窗口就显得格外重要，工程上应用最为广泛的是等高线图法，即绘制pork-chop图，其能够直观地描述出在既定的时间段内发射窗口的变化情况，为满足约束条件的最优发射窗口提供较为精确的初值，这种方法最早出现于1983年Sergeyevsky 给出了1991年至2005年金星探测的最优发射窗口选取中，鉴于此优点，国内外大部分学者一般采用该方法设计行星探测发射窗口的初值，但针对较长时间段的搜索，这种穷举搜索法的计算量极大，给探测设计任务带来了诸多不便。
针对此缺点，国内哈尔滨工业大学的乔栋博士提出了一种基于遗传算法的最优发射窗口搜索，其通过对星历与Guess问题的解算，将上述问题简化为仅含有两个变量的寻优问题，该方法具有全局搜索的能力，并且收敛快，作者给出了基于此方法的小行星的最优发射窗口的搜索时间仅为传统方法的4.19%，极大地提高计算效率，但往往需要多次迭代才能够- 4 -得到精确的发射窗口，之后，作者又提出了遗传算法与序列二次规划方法相结合来搜索发射窗口，其能够快速得到精确的发射窗口。
而在小推力火星探测发射窗口搜索方面，国外的Petropoulos 提出了一种基于形状的方法对发射窗口快速搜索，其能在二维轨道面快速地搜索到一个发射窗口，但含有过多的冗余计算，随后国内的一些学者对此法进行合理选取搜索参数和加入一些约束要求，完整的给出了算法流程，并搜索了火星借力探测小行星的发射窗口，可仍然不是最优的发射窗口；此后，西北工业大学的岳晓奎教授结合了DE算法与间接法各自优点，使用这两种算法搜索到的发射窗口是一片区域，需根据实际情况综合考虑时间与燃料才能确定最优的发射窗口。
我国作为火星探测任务的后起之秀，自主火星探测工程难度大，但其国际影响和战略意义甚大，而火星探测新一轮浪潮中，我国要切实抓住宝贵的发射窗口，以确保在2015年实施自主火星能成功发射。
1.1.2火星探测轨道设计对于火星探测轨道设计技术，按照能量获取方法分类，可大致分为三种方法:直接转移、小推力变轨和借力飞行的方法。
直接转移方法是指，探测器在短时间内由大推力冲量的方法获得瞬时加速度，改变探测器的速度，通过一次大推力加速过程直接完成探测器飞往目标天体的转移。
对于直接转移方法，可以分为初步设计和精确设计两个过程。
对于初步设计，是以圆锥曲线拼接法(Patched Conic Method)为基本原理，将探测轨道划分为几个分段过程，每个分段过程可以近似成二体问题处理，然后通过接口，将每一段拼接在一起。
Breakwell和Perko证明了针对行星际轨道设计问题，应用圆锥曲线拼接法可以得到合理结果。
对于二体问题，Sergeyevsky 和Yin提出了针对不同发射时间和到达时间，绘制发射能量和到达能量以求得发射机会的方法—Pork-Chop图法，来搜寻可能的发射机会，Pork-Chop图法是搜索发射机会的经典方法。
能量等高线图一般以发射和到达时间为坐标轴绘制发射或到达能量的等高线图，图上的每一点都可以由相对应的兰伯特(Lambert )问题求得。
由于初步设计，采用的是二体问题处理的方法，没有考虑其他星体的引力、太阳风等因素，所以尽管圆锥曲线拼接法对于深空轨道初始设计与任务验证来说可以提供足够的精度，在实际工程探测中，依然需要进行基于精确模型的计算以求得符合精度要求的转移轨道。
Angelo Miele和T. Wang曾经采用连续梯- 5 -度修补C Sequential Gradient Restoration)非线性规划算法研究火星探测任务的轨道特性。
此种方法采取最优控制原理求解，方法的非线性较强。
此外，大部分精确动力学模型算法采取的均为轨道搜索算法。
包括不需要偏导数信息的变步长折回爬山法、可变容差多面体算法和采用偏导数信息的牛顿微分校正算法、最速下降梯度法等方法。
小推力方法采用的是高比冲推进，通过长时间的小推力加速，螺旋运动，到达目标星体。
由于小推力方法动力学模型长时间存在小推力项，采用的转移方案和设计方法将会与常规的方案存在差异。
小推力转移的优化属于函数空间的最优化控制问题，目前解决此问题主要存在两种方法。