技術特征：

1.一種考慮時間約束的平衡點Halo軌道調相軌道轉移方法，其特征在于：包括如下步驟，

步驟一：在地-月-星構成的限制性三體模型下建立動力學方程，在地月旋轉系下生成L2點附近的Halo軌道；

Halo軌道建立在圓形限制性三體模型下，它描述探測器在兩主天體m₁和m₂共同引力作用下的運動，其中主天體在圓軌道上相互運動，m₁＞m₂；通常探測器的運動建立在質心旋轉坐標系下，即原點為兩主天體的質心，X軸由m₁指向m₂，Z軸與主天體的角動量方向相同，Y軸形成完整的右手坐標系；在質心旋轉系下的無量綱化動力學方程為：

$\left\{\begin{array}{c}\stackrel{\·\·}{x}-2\stackrel{\·}{y}-x=-\frac{(1-\mathrm{\μ})(x+\mathrm{\μ})}{r_1^3}-\frac{\mathrm{\μ}(x-1+\mathrm{\μ})}{r_2^3}\\ \stackrel{\·\·}{y}+2\stackrel{\·}{x}-y=-\frac{(1-\mathrm{\μ})y}{r_1^3}-\frac{\mathrm{\μ}y}{r_2^3}\\ \stackrel{\·\·}{z}=-\frac{(1-\mathrm{\μ})z}{r_1^3}-\frac{\mathrm{\μ}z}{r_2^3}\end{array}\right.---\left(1\right)$

式中，μ為系統(tǒng)的質量比，分別為探測器與m₁和m₂的距離；這里選擇歸一化長度，質量和時間分別為天體的平均距離，系統(tǒng)總質量和以及天體公轉角速度的倒數(shù)；

在圓型限制型三體問題中存在五個動力學的平衡點，包括三個共線平衡點和兩個三角平衡點，其中共線平衡點為不穩(wěn)定平衡點，平衡點附近的運動方程描述為：

$\left\{\begin{array}{c}\stackrel{\·\·}{\mathrm{\ξ}}-2\stackrel{\·}{\mathrm{\η}}-(1+2c_2)\mathrm{\ξ}=\frac{\∂}{\∂\mathrm{\ξ}}\underset{n\≥3}{\Σ}{c}_n\left(\mathrm{\μ}\right){\mathrm{\ρ}}^n{P}_n\left(\frac{\mathrm{\ξ}}{\mathrm{\ρ}}\right)\\ \stackrel{\·\·}{\mathrm{\η}}+2\stackrel{\·}{\mathrm{\ξ}}+(c_2-1)\mathrm{\η}=\frac{\∂}{\∂\mathrm{\η}}\underset{n\≥3}{\Σ}{c}_n\left(\mathrm{\μ}\right){\mathrm{\ρ}}^n{P}_n\left(\frac{\mathrm{\ξ}}{\mathrm{\ρ}}\right)\\ \stackrel{\·\·}{\mathrm{\ζ}}+c_2\mathrm{\ζ}=\frac{\∂}{\∂\mathrm{\ζ}}\underset{n\≥3}{\Σ}{c}_n\left(\mathrm{\μ}\right){\mathrm{\ρ}}^n{P}_n\left(\frac{\mathrm{\ξ}}{\mathrm{\ρ}}\right)\end{array}\right.---\left(2\right)$

式中，ρ²＝x²+y²+z²，c₂(μ)、c_n(μ)為僅與質量有關的常數(shù)；

方程(2)的高階分析解可表示為：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\ξ}\left(t\right)=\underset{i,j}{\overset{\mathrm{\∞}}{\Σ}}\left(\underset{\left|k\right|\≤i,\left|m\right|\≤j}{\Σ}{\mathrm{\ξ}}_{ijkm}cos\right({\mathrm{k\θ}}_1+{\mathrm{m\θ}}_2\left)\right){\mathrm{\α}}^i{\mathrm{\β}}^j\\ \mathrm{\η}\left(t\right)=\underset{i,j}{\overset{\mathrm{\∞}}{\Σ}}\left(\underset{\left|k\right|\≤i,\left|m\right|\≤j}{\Σ}{\mathrm{\η}}_{ijkm}sin\right({\mathrm{k\θ}}_1+{\mathrm{m\θ}}_2\left)\right){\mathrm{\α}}^i{\mathrm{\β}}^j\\ \mathrm{\ζ}\left(t\right)=\underset{i,j}{\overset{\mathrm{\∞}}{\Σ}}\left(\underset{\left|k\right|\≤i,\left|m\right|\≤j}{\Σ}{\mathrm{\ζ}}_{ijkm}cos\right({\mathrm{k\θ}}_1+{\mathrm{m\θ}}_2\left)\right){\mathrm{\α}}^i{\mathrm{\β}}^j\end{array}\right.---\left(3\right)$

α、β分別為平面內和平面外的振幅；θ₁＝ωt+φ₁、θ₂＝vt+φ₂φ₁、φ₂為初始相位；式中ω、v為表示軌道振幅的冪函數(shù)，

$\mathrm{\ω}={\mathrm{\ω}}_p+\underset{i,j}{\overset{\mathrm{\∞}}{\Σ}}{\mathrm{\ω}}_{ij}{\mathrm{\α}}^i{\mathrm{\β}}^j,v={\mathrm{\ω}}_v+\underset{i,j}{\overset{\mathrm{\∞}}{\Σ}}{v}_{ij}{\mathrm{\α}}^i{\mathrm{\β}}^j---\left(4\right)$

當軌道的垂直方向和平面內的振幅相同時，即為Halo軌道，(4)式可以得到Halo軌道的近似解析解，利用微分修正方法得到精確的數(shù)值解；

為了方便描述，定義軌道的相位角θ為軌道上任一點在x-y平面的投影與x軸的夾角，以順時針為正，0度起點選擇為Halo軌道距離月球最遠點；

步驟二：選定探測器在Halo軌道周期上的初始相位θ₀，所需改變的時間差Δt，以及轉移時間的上限t_max，生成探測器在原Halo軌道上的停泊時間t₁以及調相軌道的轉移時間t₂；

根據探測器在Halo軌道周期上的初始相位θ₀得到對應的初始狀態(tài)X₀(t₀)＝[r₀,v₀]；由于探測器在Halo軌道上不是勻速運動，因此采用時間差Δt來代替相位差，即通過調相軌道，探測器提前或推后Δt時間到達參考軌跡上某一點；假設探測器不施加機動經過時間t^*后到達X(t^*)＝[r^*,v^*]；則探測器通過第一次機動進入調相軌道后，軌道應滿足X(t^*-Δt)＝[r^*,v^**]，通過施加第二次機動完成調相；確定t＝t₁+t₂是否滿足轉移時間的上限t＜t_max，若不滿足轉移時間的上限t＜t_max則重新生成在原Halo軌道上的停泊時間t₁以及調相軌道的轉移時間t₂，若滿足轉移時間的上限t＜t_max，則進入步驟三；

步驟三：確定調相轉移的初始狀態(tài)和末端狀態(tài)；

根據初始狀態(tài)X₀(t₀)＝[r₀,v₀]和停泊時間t₁，通過對無量綱化動力學方程(1)積分，確定探測器進入調相軌道前的狀態(tài)X(t₁)＝[r₁,v₁]；根據初始狀態(tài)X₀(t₀)＝[r₀,v₀]和停泊時間t₁，轉移時間t₂以及時間差Δt，通過對無量綱化動力學方程(1)積分，時間t_f＝t₁+t₂+Δt，得到調相軌道的末端狀態(tài)X(t_f)＝[r_f,v_f]；

步驟四：選擇優(yōu)化變量速度增量Δv₁和停泊時間t₁，轉移時間t₂，設置優(yōu)化指標J，通過優(yōu)化算法得到對應的調相轉移軌道；

對進入調相軌道前的狀態(tài)X(t₁)＝[r₁,v₁]施加速度增量Δv₁，將探測器狀態(tài)變?yōu)閄′(t₁)＝[r₁,v₁+Δv₁]，通過無量綱化動力學方程(1)積分時間t₂，得到狀態(tài)X′(t₁+t₂)＝[r₂,v₂]；令Δv₂＝v₂-v_f，Δr＝r₂-r_f；設置優(yōu)化指標J＝|Δv₁|+|Δv₂|+k|Δr|，其中k為懲罰函數(shù)，用來保證調相軌道的末狀態(tài)與目標軌道一致；

步驟五：根據優(yōu)化算法，小于設定的迭代次數(shù)時返回步驟二，重新選擇停泊時間t₁以及調相軌道的轉移時間t₂，速度增量Δv₁，計算對應的更新目標函數(shù)J，直至滿足設定的迭代次數(shù)，得到燃耗最優(yōu)且滿足時間約束的調相軌道。

2.如權利要求1所述的一種考慮時間約束的平衡點Halo軌道調相軌道轉移方法，其特征在于：還包括步驟六，

步驟六：根據探測器需完成的任務，調整時間差Δt、任務Halo軌道或轉移時間上限t_max，實現(xiàn)軌道陰影的規(guī)避或Halo軌道上探測器的空間交會等探測任務；

當實施軌道陰影的規(guī)避時，根據規(guī)避所需的時間差Δt得出轉移至無軌道陰影的軌道的調相轉移軌道；

當實施探測器空間交會對接時，根據目標航天器和追擊航天器的相對時間差Δt，得到實現(xiàn)探測器有限時間t_max內交會的調相轉移軌道，從而實現(xiàn)Halo軌道上探測器的空間交會。

3.如權利要求1或2所述的一種考慮時間約束的平衡點Halo軌道調相軌道轉移方法，其特征在于：步驟四所述的優(yōu)化算法優(yōu)選遺傳算法、微分進化算法。

4.如權利要求3所述的一種考慮時間約束的平衡點Halo軌道調相軌道轉移方法，其特征在于：在步驟四中，當|Δr|＜δ時，k＝0，δ為一個小量，根據探測任務的測控精度而定，δ設置為小量優(yōu)選為δ＝0.0001；否則k設置為大量，根據探測任務要求的入軌精度而定，k設置為大量優(yōu)選為k＝10000；確定相應參數(shù)下的調相軌道燃料消耗。

5.一種考慮時間約束的平衡點Halo軌道調相軌道轉移方法，其特征在于：通過在地-月-星構成的限制性三體模型下建立動力學方程，在地月旋轉系下生成L2點附近的Halo軌道；確定探測器的Halo軌道初始相位以及所需改變的相位差(時間差)，將初始停泊時間t_park和轉移時間t_tran作為優(yōu)化變量，利用優(yōu)化算法設立的優(yōu)化指標獲得滿足相位約束和轉移時間約束的燃料最優(yōu)調相軌道；根據探測器需完成的任務，調整時間差Δt、任務Halo軌道或轉移時間上限t_max，實現(xiàn)軌道陰影的規(guī)避探測任務或Halo軌道上探測器的空間交會探測任務。