本文作者:天疆说
国防科技大学
国防科技大学,前身是1953年创建于哈尔滨的中国人民解放军军事工程学院,即著名的“哈军工”,陈赓大将任首任院长兼政治委员。“哈军工”创办于抗美援朝期间,是新中国第一所高等军事工程学院,其卓越的办学成效铸就了我国国防科技和高等教育史上一座丰碑。1970年,学院主体南迁长沙,改名为长沙工学院。1978年,改建为中国人民解放军国防科学技术大学。1999年,长沙炮兵学院、长沙工程兵学院和长沙政治学院并入国防科学技术大学。2017年,中央军委决策,以国防科学技术大学、国际关系学院、国防信息学院、西安通信学院、电子工程学院,以及理工大学气象海洋学院为基础,并将军委装备发展部第63研究所划入,重建国防科技大学,归军委建制领导。
学校建设发展始终得到党中央和中央军委的亲切关怀。军事工程学院创建时,毛泽东主席亲自为学院颁发《训词》,为院刊题写刊名“工学”。1978年,学校在邓小平主席的直接关怀下改建为国防科学技术大学。1999年,江泽民主席签署命令组建新的国防科学技术大学,并于2003年为学校题写“厚德博学、强军兴国”校训,发出“为把国防科技大学建设成为我军特色的世界一流大学而努力奋斗”的号召。2007年,胡锦涛主席作出重要批示,勉励学校“为推进科技强军战略、建设创新型国家作出新的更大贡献”,并于2009年为学校超级计算机系统题名“天河”。习主席对学校建设十分关心,2013年11月,专程视察学校并发表重要讲话,要求“加快建设具有我军特色的世界一流大学,努力把国防科学技术大学办成高素质新型军事人才培养高地、国防科技自主创新高地。”2017年7月,习主席亲自为学校授军旗、致训词:“国防科技大学是高素质新型军事人才培养和国防科技自主创新高地。你们要紧跟世界军事科技发展潮流,适应打赢信息化局部战争要求,抓好通用专业人才和联合作战保障人才培养,加强核心关键技术攻关,努力建设世界一流高等教育院校。”
学校建设发展始终得到国家和军队的高度重视,是第一个五年计划国家156项重点建设工程之一,是中共中央1959年确定的全国20所重点大学之一,是国务院首批批准有权授予硕士、博士学位的院校,是全国首批试办研究生院的22所院校之一,是首批进入国家“211工程”建设计划的院校,是军队唯一进入国家“985工程”建设行列的院校,也是军队唯一进入国家首轮“双一流”建设支持的院校。
学校形成了“以工为主、理工军管文结合、加强基础、落实到工”的综合性学科专业体系,涵盖理学、工学、军事学、管理学、法学、文学等6个门类,拥有61个本科学历教育专业,26个一级学科硕士学位授权点,23个一级学科博士学位授权点。在第四轮全国一级学科整体水平评估中,学校获评A类学科数8个,其中A+档学科数4个,数量位列全国高校第11位。信息与通信工程、计算机科学与技术、航空宇航科学与技术、软件工程、管理科学与工程等5个学科入选国家“双一流”建设学科。
学校形成了“领军人才+创新团队”的高水平师资队伍,拥有两院院士17人,国家杰出青年科学基金获得者18人,百千万人才工程国家级人选35人,国家教学名师、全国全军优秀教师152人,军队杰出专业技术人才奖获得者27人,军队高层次科技创新人才工程人选152人。有全国创新争先奖奖牌表彰团队1个、全国杰出专业技术人才先进集体2个、国家自然科学基金委创新研究群体2个、国家级教学团队8个、国家级创新团队10个。
学校拥有功能齐全、系统配套的良好办学条件,校园环境优美,资源配置科学,后勤保障高效,启智尚武氛围浓厚。建有体育馆、游泳馆、田径场、军事训练场、野外综合训练基地等一批功能完善的训练场地及设施,拥有国家重点实验室、国防科技重点实验室、国家级实验教学示范中心和国家级虚拟仿真实验教学中心、国家地方联合工程研究中心等一批国内高校领先水平的教学科研实验设施。学校图书馆拥有阅览座位7600余个,馆藏图书340余万册,电子图书300余万种,数字图书资源513TB,完成了纸电融合的新一代智慧图书馆建设。学校信息网络终端布点2.5万余个,信息存储量超过17PB,主干网络速度达到万兆,拥有110个特色数据库,在信息化自主应用建设方面处于“双一流”高校前列。
学校是高素质新型军事人才培养高地,始终恪守“厚德博学、强军兴国”校训,为党育才、为国树人、为军铸将。以高质量本科教育和高水平研究生教育为主体,协调发展高标准任职教育和高效益军事职业教育,努力造就通晓战争的科技专家和掌握科技的军事专家;始终坚持又红又专的育人传统,以“对党绝对忠诚、科技基础厚实、创新思维敏锐、军事素质过硬、作风纪律优良”为培养标准,发挥“指技融合、教研结合、夯实基础、突出创新”培养特色,坚持高水平高等教育和高标准军事教育有机统一,实施精英教育;始终坚持学生中心、能力导向的教育理念,实施全程导师制、小班式教学、国际化培养等培养机制,为学员成长成才提供有力保障。学校人才培养成果丰硕,桃李满天,灿若星辰,先后为国家和军队培养输送了20余万名各类人才,其中700余人担任省、部、军级以上领导职务。据统计,学校共培养产生75位院士,1977年以来培养的本科生中产生了20位院士,在全国高校排名第7。
学校是国防科技自主创新高地,坚持贡献主导、自主创新、集智攻关,以应用引导的基础研究、基础支撑的技术创新为特色,从事先进武器装备和国防关键技术研究,形成面向尖端前沿、独具特色的国防科技自主创新体系,取得了以“天河”系列超级计算机系统、“北斗”卫星导航定位系统、“天拓”系列微纳卫星、高能激光、激光陀螺、超精加工、磁浮列车等为代表的一大批自主创新成果,创造了彪炳史册的“中国速度”、“中国高度”、“中国精度”,为我国“两弹一星”、北斗导航和载人航天等重大工程作出了重要贡献,成为国家高水平科技自主自强的重要战略力量。2000年以来,学校获得国家科技进步特等奖4项,一等奖10项,国家科技三大奖励二等奖共76项。
学校高度重视国际化办学工作,是我军国际交流合作的重要基地,每年选派优秀本科学员参加国际学术竞赛,选派优秀研究生赴国外联合培养、攻读博士学位和参加高水平会议。学校还通过多种形式邀请国外著名专家来校讲学交流,举办国际学术会议、学术竞赛、研究生国际暑期学校,定期邀请外军代表团来访。
学校深入贯彻新时代军事教育方针,落实立德树人根本任务,坚持为战育人核心指向,打造铸魂育人、教书育人、科研育人、服务育人、环境育人格局,促进学员全面发展。每年举办“强军风采 科大风采”系列文化活动,开办空天科技、机器人、电子科技苑、“银河之光”等各类大型科技文化节,实施高雅艺术进校园、名师大家进校园工程,鼓励学员参加高水平学科竞赛,近3年获国家级以上学科竞赛奖励2100余人次;每年组织“强军杯”等军事比武竞赛,实施军事素质特长提升计划、体育特长提升计划,提供格斗、搏击、射击、定向越野、武术、潜水等多项课外辅导训练,激励血性虎气、锤炼钢铁意志,帮助学员挑战极限、超越自我,全方位锻造世界一流军队的合格建设者和可靠接班人。
杨乐平
- 国防科技大学教授,太空安全专家,待遇五级教授,主要从事太空电磁操控、任务规划与轨道博弈研究,享受国务院政府特殊津贴,学校教学名师,获国家教学成果一等奖1项,军队科技进步一等奖2项、军队教学成果二等奖2项,出版《纵论太空》、《太空安全指南》等专著、译著十余部,在国内外学术期刊发表论文100余篇,立三等功1次。
- 电子邮件:ylp_1964@163.com
关于地月空间战略
地月空间:太空安全新挑战
文献信息:杨乐平, 镡美辰. 地月空间:太空安全新挑战[J]. 中国航天, 2024(3): 27-31.
摘 要: 随着航天技术的迅猛发展,太空经济与军事活动正从近地空间向地月空间延伸拓展,地月空间的国际竞争日趋激烈。本文阐述了地月空间的战略价值,分析了主要大国地月空间布局与发展态势,梳理了地月空间对太空安全提出的新挑战,提出了关注地月空间安全与发展的思考建议。
关键词: 地月空间; 太空安全; 态势感知; 航天技术
未来30年太空安全发展趋势及影响
文献信息:杨乐平, 彭望琼. 未来30年太空安全发展趋势及影响[J/OL]. 国防科技, 2021, 42(6): 1-4, 14.
摘要:今年以来,美国智库大西洋理事会、航天基金会与毕马威国际接连发布《未来30年美国太空安全战略》《引领太空:国防太空构想》两份研究报告,对未来的太空安全发展进行了分析预测。本文在综合分析研判的基础上,提出人类活动越来越依赖太空、资源争夺越来越走向太空、国家安全越来越倚重太空的发展趋势,认为人类太空活动目的正从"探索发现"向"商业活跃"和"安全主导"过渡,并加快形成军、民、商三位一体的太空发展格局,国防太空领域创新正在持续加速,地月空间将开辟太空经济与军事新领地。
关于地月空间低能转移轨道
地月L1点低能转移轨道设计与优化
文献信息:乔琛远, 杨乐平. 地月L1点低能转移轨道设计与优化[J]. 系统工程与电子技术, 2024, 46(10): 3519-3527.
摘要:针对地月空间平动点周期轨道与近地轨道之间的低能转移问题,提出一种地月L1(Earth-Moon L1,EML1)点Halo轨道到地球静止轨道(geostationary Earth orbit,GEO)的四脉冲低能转移轨道的设计方法。所提方法在扰动流形和Lambert弧段拼接的三脉冲转移轨道设计基础上,从分析轨道雅可比常数变化与速度增量关系的角度出发,设计四脉冲低能转移轨道。数值仿真结果表明,四脉冲优化模型比三脉冲模型效率更高,可以得到更优的转移方案,有效解决了优化过程中由于搜索空间大、极值数量多而导致的优化结果不佳的问题。所提设计方法可以用于EML1其他周期轨道族与各类近地轨道的相互转移问题研究。
关键词:地月空间; 平动点; 周期轨道; 不变流形; 低能转移轨道
关于地月空间轨道参数表征
一种地月共线平动点轨道参数表征方法
文献信息:杨乐平, 乔琛远, 龙洗, 等. 一种地月共线平动点轨道参数表征方法[P].
摘要:本申请涉及一种地月共线平动点轨道参数表征方法。所述方法包括:将圆型限制性三体问题描述为混沌哈密顿动力系统,将运动方程转化到新坐标系下,得到坐标系变换后对应系统的哈密顿函数;利用Legendre展开方法对哈密顿函数中的非线性项进行级数展开,从多项式形式的哈密顿函数的二次项作为圆型限制性三体问题中平动点的线性化模型;根据实线性辛变换矩阵将线性化模型变换为实标准形,并对实标准形的中心部分进行复变换,得到线性复标准形;对线性复标准形的非线性项进行正则变换,参考最终哈密顿函数的线性可积部分,根据平动点的运动模式定义局部作用-角变量来描述航天器在中心流形上的运动,实现参数表征。采用本方法能够实现轨道参数表征。
地月平动点共线轨道参数表征与目标编目
文献信息:Qiao C, Long X, Yang L, et al. Orbital parameter characterization and objects cataloging for Earth-moon collinear libration points[J]. Chinese Journal of Aeronautics, 2025: 103869-103896.
标题翻译:地月平动点共线轨道参数表征与目标编目
Abstract: Owing to the chaotic and non-integrable nature of three-body dynamics, the conventional Keplerian elements are rendered inadequate for cataloging cislunar space objects. Currently, there has been a conspicuous absence of universally recognized parameters for the characterization and cataloging of such objects, thereby posing an urgent challenge to cislunar space situational awareness. This paper proposes a novel approach to parameterize the orbits of Earth-Moon collinear libration points by leveraging the theoretical frameworks of canonical transformations. First, under the Hamiltonian-form dynamical equations of the libration point, symplectic transformations are employed to extract 3 modes of motion from locally linearized part. A subsequent canonical transformation then decouples the hyperbolic invariant manifold from the center manifold within the nonlinear remainder. Finally, 6 characteristic parameters obtained via action-angle variables are established in a bijective correspondence with the state variables, where two parameters characterize the motion of the invariant manifold and four parameters characterize the motion of the central manifold. Furthermore, a distribution map of the Earth-Moon libration point orbits is drawn utilizing Poincaré sections, which can be used to describe the distribution of libration point object. Simulation results demonstrate that the proposed parameters are not only applicable to orbit identification and object cataloging but also exhibit remarkable consistency and robustness against variations in observation arc length and observational errors.
摘要翻译:由于三体动力学的混沌与不可积特性,传统的开普勒轨道根数已不足以有效描述地月空间目标。目前,国际上尚缺乏公认的地月空间目标特征化与编目参数体系,这对地月空间态势感知构成了迫切挑战。本文基于正则变换理论框架,提出了一种针对地月共线平动点轨道参数化的新方法。首先,在平动点哈密顿形式的动力学方程中,通过辛变换从局部线性化部分解耦出3种运动模态;随后利用正则变换将非线性余项中的双曲不变流形与中心流形解耦;最终通过作用-角变量获得6个特征参数,并与状态变量建立双射关系,其中两个参数描述不变流形运动,四个参数描述中心流形运动。此外,借助庞加莱截面绘制了地月平动点轨道分布图,可用于描述平动点目标分布特性。仿真结果表明,所提参数不仅适用于轨道识别与目标编目,且在观测弧段长度变化及观测误差影响下表现出显著的一致性与鲁棒性。
基于哈密顿分析的真实地月系统动力学替代计算
文献信息:Qiao C, Long X, Yang L, et al. Calculation of a dynamical substitute for the real earth–moon system based on hamiltonian analysis[J]. Astrophysical Journal, 2025, 991(1): 46-59.
标题翻译:基于哈密顿分析的真实地月系统动力学替代计算
Abstract: The Earth–Moon libration points no longer exhibit the dynamical characteristics of “equilibrium points” due to perturbation effects when applying the ephemeris model. By decoupling the forced motions within the ephemeris model and computing the dynamical substitute trajectories, we can reconstruct a dynamical system that recovers the “equilibrium points” feature. Diverging from the conventional analytical approach rooted in the framework of Newtonian mechanics, this paper presents a novel method for calculating dynamical substitute based on the Hamiltonian mechanics framework. First, the Hamiltonian equations for the ephemeris model are formulated. Subsequently, the problem of decoupling forced motions is reformulated as solving a nonautonomous differential equation through canonical transformations. Then, an iterative method based on frequency analysis is employed for the computation. Eventually, approximate analytical solutions for five libration points over a 360 yr period are provided. Simulation results demonstrate that the computed approximate analytical solutions are in excellent agreement with the numerical integration results derived from the ephemeris model, thereby validating the efficacy of the proposed method. The Hamiltonian dynamical system derived herein enables the analysis of nonlinear central manifold motions via canonical transformations, facilitating the construction of higher-order analytical solutions for libration point orbits. This framework also provides a robust foundation for exploring characterization parameters of libration point orbits within the real Earth–Moon system.
摘要翻译:在使用星历模型时,受摄动效应影响,地月系平动点不再呈现“平衡点”的动力学特性。通过解耦星历模型中的受迫运动并计算动力学替代轨迹,我们能够重构一个恢复“平衡点”特征的动力学系统。有别于传统基于牛顿力学框架的解析方法,本文提出了一种基于哈密顿力学框架的动力学替代计算新方法。首先,建立星历模型的哈密顿方程。随后,将解耦受迫运动的问题重构为通过正则变换求解非自治微分方程。接着,采用基于频率分析的迭代方法进行计算。最终,给出了五个平动点在360年周期内的近似解析解。仿真结果表明,计算所得的近似解析解与星历模型数值积分结果高度吻合,从而验证了所提方法的有效性。本文推导的哈密顿动力学系统可通过正则变换分析非线性中心流形运动,有助于构建高阶平动点轨道解析解。该框架也为探索真实地月系中平动点轨道的特征参数提供了坚实基础。
朱彦伟
- 国防科技大学教授,军委科技委某领域组专家,某教学团队首席教授,某军队重大规划项目总师、某型号项目分系统负责人。长期从事太空安全方面的教研工作,主要研究方向为航天器轨道博弈动力学与控制、空天任务规划与体系仿真、地月空间系统总体与仿真试验等。发表SCI论文40余篇,出版专著/译著6部、授权专利/软著20余项,获军事理论成果二等奖1项,军队教学成果二等奖2项,全军性演训成果一等奖1项、银奖1项。荣立个人三等功1次、集体三等功2次。
- 电子邮件:zywnudt@163.com
关于地月空间安全
太空作战概论
文献信息:朱彦伟, 黄涣, 蔡伟伟, 等. 太空作战概论[M]. 国防工业出版社, 2026.
内容简介:本书内容是对编著者所在团队多年来教学和科研的系统总结,以“技术基础-任务领域-指挥控制”为主线,技术与军事融合特色显著。全书覆盖了太空作战的基本概念、发展历程、技术基础、任务领域及指挥控制等内容,重点分析了四大任务领域太空信息支援、太空态势感知、太空攻防对抗和太空任务支持,并以“技术原理-典型装备-作战运用”的思路展开论述,结合最新的研究成果和实际案例,为读者提供了深入浅出的学习资料。同时,本书还探讨了太空法规与作战条令对指挥控制的影响,并以美国太空作战指挥控制体系为参考,具有重要的理论价值和实践意义。本书适合国防与军事领域的学生、研究人员及从业者阅读,也是军事爱好者和相关专业学习者的重要参考资料。通过系统梳理太空作战的核心内容,不仅帮助读者理解这一前沿领域的发展动态,还为未来的实践应用提供了有力支持。
关于地月空间仿真系统设计
面向地月空间感知任务设计与分析的智能仿真系统架构与实现
文献信息:胡佳鑫, 郑清标, 朱彦伟, 等. 面向地月空间感知任务设计与分析的智能仿真系统架构与实现[J]. 中国图像图形学报, 2025, 30(9): 2951-2965.
- 摘要:
- 目的:地月空间轨道普遍存在周期长、混沌性强、对各类扰动高度敏感等特征,地月空间感知任务呈现出显著的动态变化和不确定性,亟需借助虚拟仿真、仿真试验以及人工智能等先进技术手段开展科学研究与试验验证。
- 方法:本文以地月空间感知任务设计与分析为牵引,以服务化、标准化、国产化和工具化为理念,基于“容器云+微服务”设计了满足高性能计算、高并发访问、多样化应用需求的“基础支撑+服务支撑+典型应用”3层智能仿真系统架构。分析了地月空间轨道动力学模型库、基于Kubernetes的计算任务智能调度和全链路微服务集成框架等关键技术。
- 结果:研制了地月空间感知任务设计与分析仿真系统,阐述了场景设计模块、态势感知系统设计与分析模块、任务规划模块、体系仿真模块、试验设计模块以及试验评估模块的实现情况。
- 结论:通过应用案例说明,仿真系统能够有效支持用户开展地月空间任务的正向设计以及方案的迭代优化,高精度星历模型下15年驻留轨道积分能够达到分钟级计算性能,具有高效性、智能性、稳定性和良好的扩展性。
- 关键词:系统架构;;容器技术;微服务技术;地月空间;三体轨道
关于地月空间轨道参数表征
地月平动点共线轨道参数表征与目标编目
文献信息:Qiao C, Long X, Yang L, et al. Orbital parameter characterization and objects cataloging for Earth-moon collinear libration points[J]. Chinese Journal of Aeronautics, 2025: 103869-103896.
标题翻译:地月平动点共线轨道参数表征与目标编目
Abstract: Owing to the chaotic and non-integrable nature of three-body dynamics, the conventional Keplerian elements are rendered inadequate for cataloging cislunar space objects. Currently, there has been a conspicuous absence of universally recognized parameters for the characterization and cataloging of such objects, thereby posing an urgent challenge to cislunar space situational awareness. This paper proposes a novel approach to parameterize the orbits of Earth-Moon collinear libration points by leveraging the theoretical frameworks of canonical transformations. First, under the Hamiltonian-form dynamical equations of the libration point, symplectic transformations are employed to extract 3 modes of motion from locally linearized part. A subsequent canonical transformation then decouples the hyperbolic invariant manifold from the center manifold within the nonlinear remainder. Finally, 6 characteristic parameters obtained via action-angle variables are established in a bijective correspondence with the state variables, where two parameters characterize the motion of the invariant manifold and four parameters characterize the motion of the central manifold. Furthermore, a distribution map of the Earth-Moon libration point orbits is drawn utilizing Poincaré sections, which can be used to describe the distribution of libration point object. Simulation results demonstrate that the proposed parameters are not only applicable to orbit identification and object cataloging but also exhibit remarkable consistency and robustness against variations in observation arc length and observational errors.
摘要翻译:由于三体动力学的混沌与不可积特性,传统的开普勒轨道根数已不足以有效描述地月空间目标。目前,国际上尚缺乏公认的地月空间目标特征化与编目参数体系,这对地月空间态势感知构成了迫切挑战。本文基于正则变换理论框架,提出了一种针对地月共线平动点轨道参数化的新方法。首先,在平动点哈密顿形式的动力学方程中,通过辛变换从局部线性化部分解耦出3种运动模态;随后利用正则变换将非线性余项中的双曲不变流形与中心流形解耦;最终通过作用-角变量获得6个特征参数,并与状态变量建立双射关系,其中两个参数描述不变流形运动,四个参数描述中心流形运动。此外,借助庞加莱截面绘制了地月平动点轨道分布图,可用于描述平动点目标分布特性。仿真结果表明,所提参数不仅适用于轨道识别与目标编目,且在观测弧段长度变化及观测误差影响下表现出显著的一致性与鲁棒性。
基于哈密顿分析的真实地月系统动力学替代计算
文献信息:Qiao C, Long X, Yang L, et al. Calculation of a dynamical substitute for the real earth–moon system based on hamiltonian analysis[J]. Astrophysical Journal, 2025, 991(1): 46-59.
标题翻译:基于哈密顿分析的真实地月系统动力学替代计算
Abstract: The Earth–Moon libration points no longer exhibit the dynamical characteristics of “equilibrium points” due to perturbation effects when applying the ephemeris model. By decoupling the forced motions within the ephemeris model and computing the dynamical substitute trajectories, we can reconstruct a dynamical system that recovers the “equilibrium points” feature. Diverging from the conventional analytical approach rooted in the framework of Newtonian mechanics, this paper presents a novel method for calculating dynamical substitute based on the Hamiltonian mechanics framework. First, the Hamiltonian equations for the ephemeris model are formulated. Subsequently, the problem of decoupling forced motions is reformulated as solving a nonautonomous differential equation through canonical transformations. Then, an iterative method based on frequency analysis is employed for the computation. Eventually, approximate analytical solutions for five libration points over a 360 yr period are provided. Simulation results demonstrate that the computed approximate analytical solutions are in excellent agreement with the numerical integration results derived from the ephemeris model, thereby validating the efficacy of the proposed method. The Hamiltonian dynamical system derived herein enables the analysis of nonlinear central manifold motions via canonical transformations, facilitating the construction of higher-order analytical solutions for libration point orbits. This framework also provides a robust foundation for exploring characterization parameters of libration point orbits within the real Earth–Moon system.
摘要翻译:在使用星历模型时,受摄动效应影响,地月系平动点不再呈现“平衡点”的动力学特性。通过解耦星历模型中的受迫运动并计算动力学替代轨迹,我们能够重构一个恢复“平衡点”特征的动力学系统。有别于传统基于牛顿力学框架的解析方法,本文提出了一种基于哈密顿力学框架的动力学替代计算新方法。首先,建立星历模型的哈密顿方程。随后,将解耦受迫运动的问题重构为通过正则变换求解非自治微分方程。接着,采用基于频率分析的迭代方法进行计算。最终,给出了五个平动点在360年周期内的近似解析解。仿真结果表明,计算所得的近似解析解与星历模型数值积分结果高度吻合,从而验证了所提方法的有效性。本文推导的哈密顿动力学系统可通过正则变换分析非线性中心流形运动,有助于构建高阶平动点轨道解析解。该框架也为探索真实地月系中平动点轨道的特征参数提供了坚实基础。
蔡伟伟
关于地月空间轨道参数表征
基于哈密顿分析的真实地月系统动力学替代计算
文献信息:Qiao C, Long X, Yang L, et al. Calculation of a dynamical substitute for the real earth–moon system based on hamiltonian analysis[J]. Astrophysical Journal, 2025, 991(1): 46-59.
标题翻译:基于哈密顿分析的真实地月系统动力学替代计算
Abstract: The Earth–Moon libration points no longer exhibit the dynamical characteristics of “equilibrium points” due to perturbation effects when applying the ephemeris model. By decoupling the forced motions within the ephemeris model and computing the dynamical substitute trajectories, we can reconstruct a dynamical system that recovers the “equilibrium points” feature. Diverging from the conventional analytical approach rooted in the framework of Newtonian mechanics, this paper presents a novel method for calculating dynamical substitute based on the Hamiltonian mechanics framework. First, the Hamiltonian equations for the ephemeris model are formulated. Subsequently, the problem of decoupling forced motions is reformulated as solving a nonautonomous differential equation through canonical transformations. Then, an iterative method based on frequency analysis is employed for the computation. Eventually, approximate analytical solutions for five libration points over a 360 yr period are provided. Simulation results demonstrate that the computed approximate analytical solutions are in excellent agreement with the numerical integration results derived from the ephemeris model, thereby validating the efficacy of the proposed method. The Hamiltonian dynamical system derived herein enables the analysis of nonlinear central manifold motions via canonical transformations, facilitating the construction of higher-order analytical solutions for libration point orbits. This framework also provides a robust foundation for exploring characterization parameters of libration point orbits within the real Earth–Moon system.
摘要翻译:在使用星历模型时,受摄动效应影响,地月系平动点不再呈现“平衡点”的动力学特性。通过解耦星历模型中的受迫运动并计算动力学替代轨迹,我们能够重构一个恢复“平衡点”特征的动力学系统。有别于传统基于牛顿力学框架的解析方法,本文提出了一种基于哈密顿力学框架的动力学替代计算新方法。首先,建立星历模型的哈密顿方程。随后,将解耦受迫运动的问题重构为通过正则变换求解非自治微分方程。接着,采用基于频率分析的迭代方法进行计算。最终,给出了五个平动点在360年周期内的近似解析解。仿真结果表明,计算所得的近似解析解与星历模型数值积分结果高度吻合,从而验证了所提方法的有效性。本文推导的哈密顿动力学系统可通过正则变换分析非线性中心流形运动,有助于构建高阶平动点轨道解析解。该框架也为探索真实地月系中平动点轨道的特征参数提供了坚实基础。
胡佳鑫
关于地月空间仿真系统设计
面向地月空间感知任务设计与分析的智能仿真系统架构与实现
文献信息:胡佳鑫, 郑清标, 朱彦伟, 等. 面向地月空间感知任务设计与分析的智能仿真系统架构与实现[J]. 中国图像图形学报, 2025, 30(9): 2951-2965.
- 摘要:
- 目的:地月空间轨道普遍存在周期长、混沌性强、对各类扰动高度敏感等特征,地月空间感知任务呈现出显著的动态变化和不确定性,亟需借助虚拟仿真、仿真试验以及人工智能等先进技术手段开展科学研究与试验验证。
- 方法:本文以地月空间感知任务设计与分析为牵引,以服务化、标准化、国产化和工具化为理念,基于“容器云+微服务”设计了满足高性能计算、高并发访问、多样化应用需求的“基础支撑+服务支撑+典型应用”3层智能仿真系统架构。分析了地月空间轨道动力学模型库、基于Kubernetes的计算任务智能调度和全链路微服务集成框架等关键技术。
- 结果:研制了地月空间感知任务设计与分析仿真系统,阐述了场景设计模块、态势感知系统设计与分析模块、任务规划模块、体系仿真模块、试验设计模块以及试验评估模块的实现情况。
- 结论:通过应用案例说明,仿真系统能够有效支持用户开展地月空间任务的正向设计以及方案的迭代优化,高精度星历模型下15年驻留轨道积分能够达到分钟级计算性能,具有高效性、智能性、稳定性和良好的扩展性。
- 关键词:系统架构;;容器技术;微服务技术;地月空间;三体轨道
龙洗
关于地月空间轨道参数表征
一种地月共线平动点轨道参数表征方法
文献信息:杨乐平, 乔琛远, 龙洗, 等. 一种地月共线平动点轨道参数表征方法[P].
摘要:本申请涉及一种地月共线平动点轨道参数表征方法。所述方法包括:将圆型限制性三体问题描述为混沌哈密顿动力系统,将运动方程转化到新坐标系下,得到坐标系变换后对应系统的哈密顿函数;利用Legendre展开方法对哈密顿函数中的非线性项进行级数展开,从多项式形式的哈密顿函数的二次项作为圆型限制性三体问题中平动点的线性化模型;根据实线性辛变换矩阵将线性化模型变换为实标准形,并对实标准形的中心部分进行复变换,得到线性复标准形;对线性复标准形的非线性项进行正则变换,参考最终哈密顿函数的线性可积部分,根据平动点的运动模式定义局部作用-角变量来描述航天器在中心流形上的运动,实现参数表征。采用本方法能够实现轨道参数表征。
地月平动点共线轨道参数表征与目标编目
文献信息:Qiao C, Long X, Yang L, et al. Orbital parameter characterization and objects cataloging for Earth-moon collinear libration points[J]. Chinese Journal of Aeronautics, 2025: 103869-103896.
标题翻译:地月平动点共线轨道参数表征与目标编目
Abstract: Owing to the chaotic and non-integrable nature of three-body dynamics, the conventional Keplerian elements are rendered inadequate for cataloging cislunar space objects. Currently, there has been a conspicuous absence of universally recognized parameters for the characterization and cataloging of such objects, thereby posing an urgent challenge to cislunar space situational awareness. This paper proposes a novel approach to parameterize the orbits of Earth-Moon collinear libration points by leveraging the theoretical frameworks of canonical transformations. First, under the Hamiltonian-form dynamical equations of the libration point, symplectic transformations are employed to extract 3 modes of motion from locally linearized part. A subsequent canonical transformation then decouples the hyperbolic invariant manifold from the center manifold within the nonlinear remainder. Finally, 6 characteristic parameters obtained via action-angle variables are established in a bijective correspondence with the state variables, where two parameters characterize the motion of the invariant manifold and four parameters characterize the motion of the central manifold. Furthermore, a distribution map of the Earth-Moon libration point orbits is drawn utilizing Poincaré sections, which can be used to describe the distribution of libration point object. Simulation results demonstrate that the proposed parameters are not only applicable to orbit identification and object cataloging but also exhibit remarkable consistency and robustness against variations in observation arc length and observational errors.
摘要翻译:由于三体动力学的混沌与不可积特性,传统的开普勒轨道根数已不足以有效描述地月空间目标。目前,国际上尚缺乏公认的地月空间目标特征化与编目参数体系,这对地月空间态势感知构成了迫切挑战。本文基于正则变换理论框架,提出了一种针对地月共线平动点轨道参数化的新方法。首先,在平动点哈密顿形式的动力学方程中,通过辛变换从局部线性化部分解耦出3种运动模态;随后利用正则变换将非线性余项中的双曲不变流形与中心流形解耦;最终通过作用-角变量获得6个特征参数,并与状态变量建立双射关系,其中两个参数描述不变流形运动,四个参数描述中心流形运动。此外,借助庞加莱截面绘制了地月平动点轨道分布图,可用于描述平动点目标分布特性。仿真结果表明,所提参数不仅适用于轨道识别与目标编目,且在观测弧段长度变化及观测误差影响下表现出显著的一致性与鲁棒性。
基于哈密顿分析的真实地月系统动力学替代计算
文献信息:Qiao C, Long X, Yang L, et al. Calculation of a dynamical substitute for the real earth–moon system based on hamiltonian analysis[J]. Astrophysical Journal, 2025, 991(1): 46-59.
标题翻译:基于哈密顿分析的真实地月系统动力学替代计算
Abstract: The Earth–Moon libration points no longer exhibit the dynamical characteristics of “equilibrium points” due to perturbation effects when applying the ephemeris model. By decoupling the forced motions within the ephemeris model and computing the dynamical substitute trajectories, we can reconstruct a dynamical system that recovers the “equilibrium points” feature. Diverging from the conventional analytical approach rooted in the framework of Newtonian mechanics, this paper presents a novel method for calculating dynamical substitute based on the Hamiltonian mechanics framework. First, the Hamiltonian equations for the ephemeris model are formulated. Subsequently, the problem of decoupling forced motions is reformulated as solving a nonautonomous differential equation through canonical transformations. Then, an iterative method based on frequency analysis is employed for the computation. Eventually, approximate analytical solutions for five libration points over a 360 yr period are provided. Simulation results demonstrate that the computed approximate analytical solutions are in excellent agreement with the numerical integration results derived from the ephemeris model, thereby validating the efficacy of the proposed method. The Hamiltonian dynamical system derived herein enables the analysis of nonlinear central manifold motions via canonical transformations, facilitating the construction of higher-order analytical solutions for libration point orbits. This framework also provides a robust foundation for exploring characterization parameters of libration point orbits within the real Earth–Moon system.
摘要翻译:在使用星历模型时,受摄动效应影响,地月系平动点不再呈现“平衡点”的动力学特性。通过解耦星历模型中的受迫运动并计算动力学替代轨迹,我们能够重构一个恢复“平衡点”特征的动力学系统。有别于传统基于牛顿力学框架的解析方法,本文提出了一种基于哈密顿力学框架的动力学替代计算新方法。首先,建立星历模型的哈密顿方程。随后,将解耦受迫运动的问题重构为通过正则变换求解非自治微分方程。接着,采用基于频率分析的迭代方法进行计算。最终,给出了五个平动点在360年周期内的近似解析解。仿真结果表明,计算所得的近似解析解与星历模型数值积分结果高度吻合,从而验证了所提方法的有效性。本文推导的哈密顿动力学系统可通过正则变换分析非线性中心流形运动,有助于构建高阶平动点轨道解析解。该框架也为探索真实地月系中平动点轨道的特征参数提供了坚实基础。
镡美辰
关于地月空间战略
地月空间:太空安全新挑战
文献信息:杨乐平, 镡美辰. 地月空间:太空安全新挑战[J]. 中国航天, 2024(3): 27-31.
摘 要: 随着航天技术的迅猛发展,太空经济与军事活动正从近地空间向地月空间延伸拓展,地月空间的国际竞争日趋激烈。本文阐述了地月空间的战略价值,分析了主要大国地月空间布局与发展态势,梳理了地月空间对太空安全提出的新挑战,提出了关注地月空间安全与发展的思考建议。
关键词: 地月空间; 太空安全; 态势感知; 航天技术
乔琛远
关于地月空间低能转移轨道
地月L1点低能转移轨道设计与优化
文献信息:乔琛远, 杨乐平. 地月L1点低能转移轨道设计与优化[J]. 系统工程与电子技术, 2024, 46(10): 3519-3527.
摘要:针对地月空间平动点周期轨道与近地轨道之间的低能转移问题,提出一种地月L1(Earth-Moon L1,EML1)点Halo轨道到地球静止轨道(geostationary Earth orbit,GEO)的四脉冲低能转移轨道的设计方法。所提方法在扰动流形和Lambert弧段拼接的三脉冲转移轨道设计基础上,从分析轨道雅可比常数变化与速度增量关系的角度出发,设计四脉冲低能转移轨道。数值仿真结果表明,四脉冲优化模型比三脉冲模型效率更高,可以得到更优的转移方案,有效解决了优化过程中由于搜索空间大、极值数量多而导致的优化结果不佳的问题。所提设计方法可以用于EML1其他周期轨道族与各类近地轨道的相互转移问题研究。
关键词:地月空间; 平动点; 周期轨道; 不变流形; 低能转移轨道
关于地月空间轨道参数表征
一种地月共线平动点轨道参数表征方法
文献信息:杨乐平, 乔琛远, 龙洗, 等. 一种地月共线平动点轨道参数表征方法[P].
摘要:本申请涉及一种地月共线平动点轨道参数表征方法。所述方法包括:将圆型限制性三体问题描述为混沌哈密顿动力系统,将运动方程转化到新坐标系下,得到坐标系变换后对应系统的哈密顿函数;利用Legendre展开方法对哈密顿函数中的非线性项进行级数展开,从多项式形式的哈密顿函数的二次项作为圆型限制性三体问题中平动点的线性化模型;根据实线性辛变换矩阵将线性化模型变换为实标准形,并对实标准形的中心部分进行复变换,得到线性复标准形;对线性复标准形的非线性项进行正则变换,参考最终哈密顿函数的线性可积部分,根据平动点的运动模式定义局部作用-角变量来描述航天器在中心流形上的运动,实现参数表征。采用本方法能够实现轨道参数表征。
地月平动点共线轨道参数表征与目标编目
文献信息:Qiao C, Long X, Yang L, et al. Orbital parameter characterization and objects cataloging for Earth-moon collinear libration points[J]. Chinese Journal of Aeronautics, 2025: 103869-103896.
标题翻译:地月平动点共线轨道参数表征与目标编目
Abstract: Owing to the chaotic and non-integrable nature of three-body dynamics, the conventional Keplerian elements are rendered inadequate for cataloging cislunar space objects. Currently, there has been a conspicuous absence of universally recognized parameters for the characterization and cataloging of such objects, thereby posing an urgent challenge to cislunar space situational awareness. This paper proposes a novel approach to parameterize the orbits of Earth-Moon collinear libration points by leveraging the theoretical frameworks of canonical transformations. First, under the Hamiltonian-form dynamical equations of the libration point, symplectic transformations are employed to extract 3 modes of motion from locally linearized part. A subsequent canonical transformation then decouples the hyperbolic invariant manifold from the center manifold within the nonlinear remainder. Finally, 6 characteristic parameters obtained via action-angle variables are established in a bijective correspondence with the state variables, where two parameters characterize the motion of the invariant manifold and four parameters characterize the motion of the central manifold. Furthermore, a distribution map of the Earth-Moon libration point orbits is drawn utilizing Poincaré sections, which can be used to describe the distribution of libration point object. Simulation results demonstrate that the proposed parameters are not only applicable to orbit identification and object cataloging but also exhibit remarkable consistency and robustness against variations in observation arc length and observational errors.
摘要翻译:由于三体动力学的混沌与不可积特性,传统的开普勒轨道根数已不足以有效描述地月空间目标。目前,国际上尚缺乏公认的地月空间目标特征化与编目参数体系,这对地月空间态势感知构成了迫切挑战。本文基于正则变换理论框架,提出了一种针对地月共线平动点轨道参数化的新方法。首先,在平动点哈密顿形式的动力学方程中,通过辛变换从局部线性化部分解耦出3种运动模态;随后利用正则变换将非线性余项中的双曲不变流形与中心流形解耦;最终通过作用-角变量获得6个特征参数,并与状态变量建立双射关系,其中两个参数描述不变流形运动,四个参数描述中心流形运动。此外,借助庞加莱截面绘制了地月平动点轨道分布图,可用于描述平动点目标分布特性。仿真结果表明,所提参数不仅适用于轨道识别与目标编目,且在观测弧段长度变化及观测误差影响下表现出显著的一致性与鲁棒性。
基于哈密顿分析的真实地月系统动力学替代计算
文献信息:Qiao C, Long X, Yang L, et al. Calculation of a dynamical substitute for the real earth–moon system based on hamiltonian analysis[J]. Astrophysical Journal, 2025, 991(1): 46-59.
标题翻译:基于哈密顿分析的真实地月系统动力学替代计算
Abstract: The Earth–Moon libration points no longer exhibit the dynamical characteristics of “equilibrium points” due to perturbation effects when applying the ephemeris model. By decoupling the forced motions within the ephemeris model and computing the dynamical substitute trajectories, we can reconstruct a dynamical system that recovers the “equilibrium points” feature. Diverging from the conventional analytical approach rooted in the framework of Newtonian mechanics, this paper presents a novel method for calculating dynamical substitute based on the Hamiltonian mechanics framework. First, the Hamiltonian equations for the ephemeris model are formulated. Subsequently, the problem of decoupling forced motions is reformulated as solving a nonautonomous differential equation through canonical transformations. Then, an iterative method based on frequency analysis is employed for the computation. Eventually, approximate analytical solutions for five libration points over a 360 yr period are provided. Simulation results demonstrate that the computed approximate analytical solutions are in excellent agreement with the numerical integration results derived from the ephemeris model, thereby validating the efficacy of the proposed method. The Hamiltonian dynamical system derived herein enables the analysis of nonlinear central manifold motions via canonical transformations, facilitating the construction of higher-order analytical solutions for libration point orbits. This framework also provides a robust foundation for exploring characterization parameters of libration point orbits within the real Earth–Moon system.
摘要翻译:在使用星历模型时,受摄动效应影响,地月系平动点不再呈现“平衡点”的动力学特性。通过解耦星历模型中的受迫运动并计算动力学替代轨迹,我们能够重构一个恢复“平衡点”特征的动力学系统。有别于传统基于牛顿力学框架的解析方法,本文提出了一种基于哈密顿力学框架的动力学替代计算新方法。首先,建立星历模型的哈密顿方程。随后,将解耦受迫运动的问题重构为通过正则变换求解非自治微分方程。接着,采用基于频率分析的迭代方法进行计算。最终,给出了五个平动点在360年周期内的近似解析解。仿真结果表明,计算所得的近似解析解与星历模型数值积分结果高度吻合,从而验证了所提方法的有效性。本文推导的哈密顿动力学系统可通过正则变换分析非线性中心流形运动,有助于构建高阶平动点轨道解析解。该框架也为探索真实地月系中平动点轨道的特征参数提供了坚实基础。