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与日—地系或地—月系共线平动点有关的航天任务目前已经成为深空探测的常态之一,但关于限制性三体问题的另一类平动点——三角平动点目前为止尚无工程上已实现的航天应用。事实上,这些点在空间中的特殊位置以及动力学特征在将来的航天任务中有一定的应用潜力。以地—月系的三角平动点为例,它们到地球的距离与月球到地球的距离相当(现有技术条件下测控和通讯不存在困难),并且相比共线平动点而言这些点附近的运动具有更好的稳定性,因此探测器定点在这些点附近需要的控制能量少。随着地—月空间的进一步开发利用,这些点在不远的将来必然会被有关任务利用。事实上,目前国际上已有部分学者对这些点的可能应用开展了研究,本学位论文的主要工作也针对这些点展开。 首先我们描述了地—月系对应的圆型限制性三体问题模型下三角平动点的动力学特征,并采用了分析和数值的方法构造了这些点附近的周期和拟周期轨道(这些轨道可以作为将来探测器定点在这些点附近的目标轨道),并介绍了受到太阳扰动的实际地—月系统下这些点附近的动力学特征。 其次我们考虑了将探测器发射至这些点附近的转移轨道问题。相比之前的有关研究,本论文对各种类型的转移轨道做了系统的研究,包括直接过渡方式、借助月球或太阳引力的方式、借助地—月不变流形的过渡方式,并对这些转移方式做了比较。我们的研究表明,借助月球或太阳的引力可以大大节省能量消耗,但相应地转移时间也会增加。采用针对地—月—日—探测器四体问题的双圆模型,我们给出了低能轨道的设计方法,并给出了部分算例。在这部分的工作中,我们同时研究了探测器在不同平动点(包括共线平动点)之间的转移问题。 虽然这些点附近的运动在圆型限制性三体问题模型下是稳定的,但在太阳的扰动和月球轨道偏心率的联合摄动下有可能会变得不稳定,因此需要对轨道进行控制。对某些特殊应用而言,亦需要探测器在精确的预定轨道上运行。因此本学位论文的最后一部分工作针对这些点附近的运动的控制展开。我们首先研究了单星的轨道控制问题,然后研究了双星的编队控制问题。在这部分的工作中,我们提出了一种基于Floquet变换的全局稳定控制理论,做了一些数值验证并与已有的线性最优控制理论的结果进行了比较。 本学位论文并未具体讨论地—月三角平动点的各类可能应用,但较为系统地研究了这些应用通常都会涉及的一些轨道问题:探测器工作轨道的选取、控制以及探测器的转移轨道。在这些工作中三角平动点运动的高阶分析解、各类转移轨道的比较以及基于Floquet变换的全局稳定控制方案是本学位论文的创新点。所获成果对将来围绕这些点开展的航天任务有一定的参考价值。