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The transfers from lunar DROs to Earth orbits via optimization in the four body problem
Astrophysics and Space Science ( IF 1.8 ) Pub Date : 2021-06-01 , DOI: 10.1007/s10509-021-03955-1
Ruikang Zhang , Yue Wang , Chen Zhang , Hao Zhang

The distant retrograde orbits (DROs) can serve as the parking orbits for a long-term cis-lunar space station. This paper gives a comprehensive study on the transfer problem from DROs to Earth orbits, including low Earth orbits (LEOs), medium Earth orbits (MEOs), and geosynchronous orbits (GSOs), in the bicircular restricted four-body problem (BR4BP) via optimizations within a large solution space. The planar transfer problem is firstly solved by grid search and optimization techniques, and two types of transfer orbits, direct ones and low-energy ones, are both constructed. Then, the nonplanar transfer problem to Earth orbits with inclinations between 0 and 90 degrees are solved via sequential optimizations based on the planar transfers. The transfer characteristics in the cases of different destination orbit inclinations are discussed for both the direct and the low-energy transfer orbits. The important role of the lunar gravity in the low-energy transfers is also discussed, which can overcome the increase of transfer cost caused by the high inclination of Earth orbits. The distinct features of different transfer scenarios, including multiple revolutions around the Earth and Moon, the exterior phase, and the lunar flyby, are discovered. The energy of transfer orbits is exploited to discuss the effects of close lunar flybys. The results will be helpful for the transfer design in future manned or unmanned return missions, and can also provide valuable information for selecting proper parking DROs for cis-lunar space stations.



中文翻译:

四体问题中通过优化从月球DRO到地球轨道的转移

遥远的逆行轨道(DRO)可以作为长期顺月空间站的停放轨道。本文综合研究了双圆受限四体问题 (BR4BP) 中从 DRO 到地球轨道的转移问题,包括低地球轨道 (LEO)、中地球轨道 (MEO) 和地球同步轨道 (GSO)。大解决方案空间内的优化。首先通过网格搜索和优化技术解决平面转移问题,构建了两种转移轨道,直接轨道和低能轨道。然后,通过基于平面转移的顺序优化来解决到地球轨道倾角在 0 到 90 度之间的非平面转移问题。分别讨论了直接和低能转移轨道在不同目的轨道倾角情况下的转移特性。还讨论了月球重力在低能量转移中的重要作用,可以克服地球轨道高倾角引起的转移成本增加。发现了不同传输场景的不同特征,包括绕地球和月球的多次旋转、外相和月球飞越。利用转移轨道的能量来讨论近距离飞越月球的影响。研究结果将有助于未来载人或无人返回任务的转移设计,也可为顺月空间站选择合适的停车DRO提供有价值的信息。还讨论了月球重力在低能量转移中的重要作用,可以克服地球轨道高倾角引起的转移成本增加。发现了不同传输场景的不同特征,包括绕地球和月球的多次旋转、外相和月球飞越。利用转移轨道的能量来讨论近距离飞越月球的影响。研究结果将有助于未来载人或无人返回任务的转移设计,也可为顺月空间站选择合适的停车DRO提供有价值的信息。还讨论了月球重力在低能量转移中的重要作用,可以克服地球轨道高倾角引起的转移成本增加。发现了不同传输场景的不同特征,包括绕地球和月球的多次旋转、外相和月球飞越。利用转移轨道的能量来讨论近距离飞越月球的影响。研究结果将有助于未来载人或无人返回任务的转移设计,也可为顺月空间站选择合适的停车DRO提供有价值的信息。发现了不同传输场景的不同特征,包括绕地球和月球的多次旋转、外相和月球飞越。利用转移轨道的能量来讨论近距离飞越月球的影响。研究结果将有助于未来载人或无人返回任务的转移设计,也可为顺月空间站选择合适的停车DRO提供有价值的信息。发现了不同传输场景的不同特征,包括绕地球和月球的多次旋转、外相和月球飞越。利用转移轨道的能量来讨论近距离飞越月球的影响。研究结果将有助于未来载人或无人返回任务的转移设计,也可为顺月空间站选择合适的停车DRO提供有价值的信息。

更新日期:2021-06-01
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