月球中继卫星轨道设计分析

通信系统的覆盖率 、通信传输速率及导航能力 的要
求 也越 来 越高 。仅 依靠 地 面上 的深 空探 测 站难 以满
随着 月球 探 测任 务 的多样 化 和复 杂 化 ，月球 探 测 过程 中的数据 、 图像会 变得 非 常 巨大 ， 因此 需要 月
足这些需求 ，而月球中继系统是满足这种需求 的一
动 等关键 弧 段实 现 １０ ０ ％的测控 覆 盖 ， 要求 中继 卫 并
星具备全月面覆盖的能力 ，为着陆器 的下降着陆过 程和上升返 回过程提供实时状态监视 ，为航天员提 供通信和定位支持。
（ ） 速率 ２ 高
和“ 两极” 发展 ； 载人探月、 建立有人长期居 留的月球
基 地 也 被 列 为 了许 多 国家 和航 天 组 织 的探 月 计 划 。 探 月 内容 越来越 丰 富 ， 探月 活动 越来 越 复杂 ， 测 控 对
量数据 ， 实现对月球探测器的导航支持。 联合使用月 球 中继卫星对月球探测器 的测距数据 、测速数据和
作者简介 ： 孙宝升（ ９ ３ ）男 ， １ ６ 一 ， 硕士 ， 究员 ， 研 主要从事航天测控研究工作 。Ｅ ｍａ ：ｉｄｕｙ ｏ ｃｒ － ｉ ｌ ａｙ＠ｔｍ． ｎ ｌ ｎ ｏ
６ ８
第 １卷 ８
第 ４期
载 人 航 天
Ｍａ ｎ ｄ Ｓ ａ ｅ ｉｈ ｎ ｅ ｐ ｃ ｆｇ ｔ ｌ
Ｖ０ ．１ Ｎｏ ４ １ ８ ． ６ ３
２１ ０ ２年 ７月
孙 宝升 ， 俊 丽 张
（ 京空 间信 息 中继传 输技 术研 究 中心 ， 北 北京 １０ ９ ） ００ ４
摘ห้องสมุดไป่ตู้
要
关键 词 月球 中继卫 星 ；月球 探 测 ；轨 道 设计 ；覆盖 特性
中图分类号 ：Ｖ ７ ．２ 文献标识码 ：Ａ 文章编 号 ：１ ７ — ８ ５ （ １）０ － ０ ３０ ４４ ＋ ２ ６４５２ ２ ４０６－７ ０２
１引 言
月 球 是距 离地 球最 近 的 自然 天 体 ，由于没 有 大 气 ， 是 天文 观测 的理 想基 地 ， 它 更可 作 为深 空探 测 的 中继 站【 ０世 纪六 七 十年 代 ， 、 两 国在 展 开 了 ” 。２ 美 苏 月球探 测活 动 的竞赛 。近些年 来 ， 全球 范 围 内又 掀 在 起 了新 一 轮 的探 月 热潮 。随着 月球探 测 活 动 的不 断 深入 ， 月球 探 测 的范 围逐 步 由 “ 球 正 面 ” 月 背 ” 月 向“
的航天员与登月飞行器提供测控通信支持 ，建立与
任务相 适应 的月球 中继 系统尤 为重 要 。
综合 以上轨道设计方案 ，双星共面极轨是支持
我 国短期 月 球 探 测 活 动 的 中继 卫 星 轨 道 的 首 要 选
图 １ 六星 两 平 面 极 圆 轨道 星 座 ５
１０ ０ ９ ８
择 。一方 面 由主 星搭 载两 颗 中继 子 星在 合适 的地点
的一段 时 间里处 于 月球 背面 的上方 ，对 短期 月球 探
— ５．０ ４ ００
一
８ ８ ８ ６
８ ４ ８ ２ ８ ０
释 放 ， 成 中继卫 星 星座 ， 构 成本 较低 。另 一方 面 中继
９ ６
吕９ ４ ９ ２ ９ ０
卫 星轨 道是 极轨 ，其 即能 为处 于月 球 背面 活动 的航 天 员提 供通 信和 定位 支持 ，又 能为 月球 两极 地 区的 着 陆器 提供不 问 断的实 时状态 监视 。 但 是 由于这 种 星座 的惯性 轨道 平 面并 不 随着 月 球 的 自转 而旋转 ，所 以轨 道 的远 月点 只能 在 每个 月
条 可行 的技 术途 径 。 文针对 月球 中继 的任务 需求 ， 本
论 证 提 出 了满 足 不 同要求 的月 球 中继 卫 星轨 道 ， 并
球 中继卫星具备高速率的数据传输能力 ，能够实时 传送关键的遥控指令 、 遥测数据 、 上下行话音 以及必
要 的航 天员 视频 ，为 最 大程度 的监 视 月球 探 测活 动 提供 有效 手段 。 （） ３ 导航 定位 导航 定 位是 月球 探测 任务 的基 础 。月球 中继 卫 星 要为 月球 探测 器各 飞行 段 提供 多种 无 线 电跟踪 测
（） １ 高覆 盖 率 由于月 球 的运动 特性 ，地 面无法 实 现对 月球 背
面和南极地 区的全面测控覆盖 ， 因此 ， 需要月球中继
卫 星能 够为 在 月球 背面 和南极 的月球 探 测器 提供 高
性能、 连续的通信和导航定位支持。 而对于有人月球 探测 ， 其可靠性要求更 高 ， 了在交会对接 、 除 轨道机
载
人
航
天
第 １ 卷 ８
成本 较高 。
５ 结 论
我 国 的探 月 工程分 为 “ ”“ ” “ 等共 三个 绕 、落 、 回”
阶段 。其 中二期 工程 是月 面软 着 陆探测 与 月球 车 月 面巡视 勘察 ；三 期工 程是 进行 月面 巡视 勘 察 与采样 返 回。 随后 ， 实现 载人 登月 飞行 ， 行科 学探 测 活 将 进 动并安 全 返 回地 球 。为处 于 月球 背 面或者 两 极地 区
分 析 了相应 的覆 盖能力 。
２ 对 月 球 中继 卫 星 的任 务 需 求
通过对世界各 国月球探测任务 （ 包括无人和载 人） 分析 ， 月球 中继卫星（ ｕａ Ｒ ｌ ａ ｌｔ，Ｒ ） Ｌ ｎｒ ｅ ｙＳｔｌｅＬ Ｓ ａ ｅｉ 的任务需求主要有以下几个方面：
收稿 日 ：０ １０ — ０ 修 回 日 ：０ １０ — ７ 期 ２１－５ １； 期 ２ １－ ８ ０
发展 月球 中继卫星系统对于高精度 高可靠性的月球探测任务具有重要意义。分
析 了月球 中继卫 星的任 务 需求 ，介 绍 了国外 月球 中继卫 星的情 况 ，提 出满足 不 同要 求 的月球 中继卫 星轨道 设计 方案 ，并 对各 方案 的覆盖 特性 进行 分析 ，为我 国月球 中继卫 星 系统建设 提 供 参考 。