航天学院优秀学位论文微展，本期推出的是2024年陕西省优秀博士学位论文——连续小推力航天器共线平动点轨道动力学与控制研究,获奖者高琛。
博士论文 中文题目 | 连续小推力航天器共线平动点轨道动力学与控制研究 |
博士论文 英文题目 | Dynamics and Control for Continuous Low-thrust Spacecraft near Collinear Libration Points |
作者 | 高琛 |
指导教师 | 袁建平 |
培养院系 | 航天学院 |
学科专业 | 飞行器设计 |
读博感言 | 我们要深信：今日的失败，都是由于过去的不努力。我们要深信：今日的努力，必定有将来的大收成。 |
博士阶段 所获奖励 | 1、2018-2020学年，国家留学基金委“国家公派研究生留学奖学金” 2、2017-2018学年，工业和信息化部“工信创新奖学金” 3、2016-2017学年，中国航天基金会“罗麦科技三等奖学金” 4、2016-2017学年，吴亚军基金“吴亚军三等奖学金” 5、2016年，第十三届全国研究生数学建模竞赛二等奖 |
论文研究背景及意义
二十一世纪以来，人类在人造地球卫星和载人航天两大领域取得了辉煌的成就后，逐渐将目光投向地月空间和日—地/月空间的开发和利用。当前，深空探测活动更加强调动力学模型的精确化，更加青睐太阳帆推进、太阳电推进、以及混合太阳帆推进等高效的连续小推力推进技术。平动点是限制性三体问题的平衡点，具有特殊的空间位置和丰富的动力学特性。平动点轨道是空间探测任务的绝佳场所，是一种极其宝贵的稀有资源。连续小推力作为主动控制力，不仅可以扩展共线平动点及其附近周期/拟周期轨道资源，支持新型空间任务，还可以对航天器施加连续轨道控制，完成轨道保持、空间操作等尖端任务。
主要研究内容
本博士论文分别针对共线平动点附近连续小推力航天器的轨道动力学与控制问题，探讨了混合太阳帆在地月椭圆型限制性三体问题L2点附近的悬浮轨道设计和保持问题；将太阳光压力引入地月圆型限制性三体问题，研究了地月混合太阳帆的低阶共振周期轨道的演化和保持问题；归纳总结了地月拟双圆问题中低阶共振周期轨道在太阳光压力作用下的连接网；提出了连续小推力航天器平动点轨道保持的两种高阶动力学系统方法。
地月系统太阳帆共振周期轨道族
地月系统太阳帆共振周期轨道连接网络
主要创新点
1、将地月系统和日—地/月系统偏心率引入太阳帆航天器的运动模型，提出了地月椭圆型限制性三体问题L2点拟周期悬浮轨道族的设计方法，显著提高了轨道设计的精度。
2、针对地月系统混合太阳帆航天器共振周期轨道，提出了反射率控制装置辅助的轨道姿态一体化控制策略，与传统航天器轨道保持相比降低了燃料消耗。
3、研究了太阳光压作用下地月拟双圆问题中共振周期轨道的演化规律，发现了共振周期轨道之间内在的连接网络，以及利用太阳光压稳定共振周期轨道的方法。
4、利用平动点轨道的动力学特性，提出了脉冲微分控制方法和动力学模态重塑控制方法等两种小推力保持方法，具有对轨道误差鲁棒性和燃料消耗低的优点。
代表性创新成果
[1] Chen Gao, Josep J. Masdemont, et al. The Web of Resonant Periodic Orbits in the Earth-Moon Quasi-Bicircular Problem Including Solar Radiation Pressure[J]. Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation, 2022, 111, 106480.
[2] Chen Gao, Jianping Yuan, et al. Propellant-efficient Station-keeping Using a Hybrid Sail in the Earth-Moon System[J]. Nonlinear Dynamics, 2019, 95, 1323-1346.
[3] Chen Gao, Wei Wang, et al. Hybrid Sail Displaced Orbits Around L2 Point in the Elliptic Earth-Moon System[J]. Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 2019, 42(2): 416-424.
[4] Chen Gao, Josep J. Masdemont, et al. High Order Dynamical Systems Approaches for Low-thrust Station-keeping of Libration Point Orbits[J]. Acta Astronautica, 2021, 190: 349-364.
[5] Chen Gao, Josep J. Masdemont, Gerard Gomez, Jianping Yuan. Low-thrust Station-keeping Control for Lunar Near Rectilinear Halo Orbits[J]. Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy, 2023, 135(14): 1-21.
论文研究历程
高琛本科阶段就读于西北工业大学教育实验学院，后进入西北工业大学航天学院攻读博士学位，师从袁建平教授。在导师的指导下，他立足于课题组现有的研究方向和研究基础，将研究领域从近地空间扩展至日地月空间，逐渐将博士学位论文的研究内容聚焦在平动点航天器动力学与控制方向。
在研究过程中，他刻苦钻研、勤于思考，逐渐理清了研究思路，掌握了研究方法，并取得了系列化的研究成果。在此期间，他有幸得到了加泰罗尼亚理工大学Josep Masdemont教授和巴塞罗那大学Gerard Gomez教授的指导，进一步扩展了研究的深度和广度。
在博士论文撰写阶段，经过与导师的复推敲论，他梳理了研究内容之间的逻辑关系，凝练了有价值、创新行强的成果，形成了一篇高质量的学位论文。他深刻的体会到形成一篇高质量学位论文既可以加深对已完成工作的认识，又可以凝练新问题指导未来的研究方向。
为多角度展现学院优秀学位论文风采,树立优秀学位论文标杆,加强学位论文写作经验交流,学院将陆续分享我院2024年各类获奖优秀学位论文,希望为研究生的科研及论文写作提供一些经验和参考。
图文：高琛 邢妍
审核：宁昕
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