轨道族

本软件在地月 CR3BP(圆型限制性三体问题)中生成周期轨道。CR3BP 把地球 和月球视为按匀速圆轨道相互绕转的两个质点,在这类简化模型中存在丰富的周期 轨道族,是地月空间任务设计的数学基础。

软件遵循 e2m2e 的轨道族术语,共 12 族。按物理特征分四类:

平动点附近的三维周期轨道(L1/L2)

族名

相关平动点

物理特征

Lyapunov

L1, L2, L3

平面周期轨道,沿共线平动点主轴振荡

Halo

L1, L2

三维周期轨道,分北族(Class I,z 轴正方向)和南族(Class II,z 轴负方向);稳定性指数接近 1 的高振幅区域通常称为近直线晕轨道(NRHO);L3 处无经典 Halo 族

Vertical

L1-L5

垂直方向振荡的周期轨道

Axial

L1-L5

沿平动点轴向的周期轨道

Butterfly

L1-L2

连接两个共线平动点的对称轨道

Halo 与 NRHO:NRHO(Near-Rectilinear Halo Orbit)是 Halo 族高振幅 区域的成员,轨道近月点很低、远离月球一侧很远,稳定性指数接近 1,是 Gateway 等长期任务的候选轨道。软件中 NRHO 是独立轨道类型(形状参数与 Halo 不同:近月点高度 + 南北族),但生成算法同源。

绕月轨道(secondary)

族名

物理特征

DRO(Distant Retrograde Orbit)

围绕月球的远程逆行轨道,稳定性指数接近 1,临界稳定

DPO(Direct Prograde Orbit)

围绕月球的顺行轨道

DRO 在任务设计中很常用:大幅 DRO 在真实星历中可维持数月至数年有界,保持 代价低(见 轨道保持)。

三角平动点轨道(L4/L5)

族名

物理特征

SPO(Short Period Orbit)

L4/L5 附近的短周期轨道

LPO(Long Period Orbit)

L4/L5 附近的长周期轨道

Tadpole

围绕单个三角平动点的蝌蚪形轨道

Horseshoe

跨越两个三角平动点的马蹄形轨道

共振轨道

族名

物理特征

RO(Resonant Orbit)

满足 m:n 共振比例的周期轨道,如 3:1(周期是月球周期的 3 倍)、3:2(1.5 倍),用共振比 --ratio 区分

本软件支持哪些

GUI 的轨道设计工具支持 DRO / DPO / Halo / NRHO / Lissajous / L4 / L5 / Axial / ELFO 等类型(ELFO 是月心冻结轨道,不属于上述周期 轨道族,见下)。其余周期轨道族(Lyapunov、Vertical、Butterfly、 Tadpole、RO 等)由 e2m2e 算法库支持,需要脚本化工作流时使用 e2m2e CLI。

Lissajous:三维拟周期轨道(两个方向的振荡频率不同),不是严格周期 轨道,不闭合。软件支持 L1/L2/L3 附近的 Lissajous。

ELFO:月心冻结轨道(Elliptical Lunar Frozen Orbit),绕月球的大椭圆 轨道,通过倾角与近月点幅角组合使拱线不旋转。不依赖平动点,属于月球轨道 而非 CR3BP 周期轨道族。

轨道族生成工具支持 Halo、NRHO、Axial、Lissajous、SPO、LPO、 Horseshoe、DRO 八族的延拓生成:从小振幅种子出发逐步修正,直到目标 振幅或折叠点等终止条件自动停止。