哈工大深空探测轨道设计作业_地球至火星轨道设计
深空探测中的轨道分析、设计与控制
深空探测中的轨道分析、设计与控制一、本文概述深空探测是人类探索宇宙未知领域的重要手段，涉及多个关键领域，包括航天工程、天文学、物理学、数学等。
其中，轨道分析、设计与控制作为深空探测任务中的核心环节，对任务的成功与否起着至关重要的作用。
本文将对深空探测中的轨道分析、设计与控制进行深入研究，旨在提高我国深空探测任务的精准度和成功率，为未来的深空探测活动提供坚实的理论基础和实践指导。
本文将首先概述深空探测的背景和意义，阐述轨道分析、设计与控制在深空探测中的重要性。
随后，将详细介绍轨道分析的基本原理和方法，包括轨道动力学模型、轨道确定与预报等。
在此基础上，文章将探讨轨道设计的基本原则和优化方法，分析不同轨道类型在深空探测任务中的应用场景和优缺点。
本文还将深入讨论轨道控制的关键技术，如推力控制、轨道机动、轨道修正等，并分析这些技术在深空探测任务中的实际应用。
本文将对深空探测中的轨道分析、设计与控制进行总结，展望未来的发展趋势和研究方向。
通过本文的研究，将为我国深空探测任务的顺利开展提供有力的技术支撑和理论保障，推动我国深空探测事业的快速发展。
二、深空探测轨道基础深空探测轨道设计是深空探测任务中至关重要的一环，它涉及到如何最有效地将探测器从地球发送到目标天体，并在完成任务后将其安全带回地球。
在进行深空探测轨道设计时，需要考虑到多种因素，包括目标天体的位置、轨道动力学、能源限制、通信延迟等。
深空探测轨道通常可以分为发射轨道、转移轨道、接近轨道和返回轨道等几个阶段。
发射轨道是指探测器从地球表面发射后，进入地球引力场外的轨道。
转移轨道是指探测器从地球出发，经过一段时间的飞行，到达目标天体的轨道。
接近轨道是指探测器接近目标天体，进入其引力场，并准备进行科学实验或探测任务的轨道。
返回轨道则是指完成探测任务后，探测器从目标天体出发，返回地球的轨道。
在深空探测轨道设计中，需要特别关注轨道动力学的问题。
轨道动力学是研究物体在引力场中的运动规律的学科，对于深空探测轨道设计来说，它涉及到如何根据目标天体的引力场和探测器的动力学特性，计算出最佳的轨道轨迹。
哈尔滨工业大学 航天器轨道动力学作业参考
航天器轨道动力学作业1151820220 刘一石1. 试计算地-月二体系统的质心位置和旋转周期，地心处对公共质心的向心加速度是多少？ 解：经过查书可得到，地球质量为：245.97610E M kg =⨯月球的质量为：227.34810M M kg =⨯地月平均距离为：384000R km =二体问题其质心在两个物体连起来线段的中间。
设其质心位置距离地球xkm ，则距离月球为()R x km -。
根据二体质心的定义可以有如下关系：()E M M x M R x =-带入已有条件()24225.976107.34810384000x x ⨯=⨯-可以解得4464.26x km = 379335.75R x km -=带入万有引力定律公式2E ME E GM M M a R =有：()1122522286.67384107.34810 3.32210/3.8410M E GM kg a m s R m --⨯⨯⨯===⨯⨯ 2. 如果地球自转 17 周/天，赤道上会发生什么现象？以1000/m s 垂直向上抛出一物体会怎样？ 解：若地球自转17周每天，赤道上物体的速度为172172 3.146378140==7881m /243600243600R v s π⨯⨯⨯⨯⨯=⨯⨯赤道由于第一宇宙速度7.9/V km s ≈万有引力提供向心力和重力22GMm v m mg R R =+赤道赤道因此赤道上的重力加速度为2112422226.6738410 5.9761078810.0659/63781406378140GM v g kg s R R -⨯⨯⨯=-=-=赤道赤道 如果以1000/m s 抛出物体，则该物体的速度为7944.19/object v m s ==大于第一宇宙速度，因此将摆脱地球引力。
3. 绘出参数为70000a km =，0.9e =的绕地球椭圆轨道的真近角θ与速度v 、 真近角θ与径向速度V v 和真近角θ与水平速度H v 的关系曲线(1 周的) 解：由于真近角与位置矢量的关系为：()211cos a e r e ϕ-=+因此要求出真近角与速度的关系，相当于求位置矢径大小与速度的关系。
深空探测中的轨道设计和轨道力学
深空探 测相对于地球卫星而言 ，指探测器脱离地球引力范 围，进入 行星际空间甚至距 离地 球更 远 的空间对太 阳系 内或者太阳系以外的天体进行探测 ． 从 ２ ０世纪末 尤其是 ２ １世纪以来，随着航天领域科技 的进步和提高，对月球和太 阳系其他大行星 的探测，越来越多地得 到世界各 国的关注．近几年 ，我 国也加快 了对 月球 的探 测步 伐． ２ ０ ０ ７年 １ Ｏ月 ２ ４日，我国成功发射了第 １个月球探测器 嫦娥一号月球探测器，实现了精确变轨、成功绕 月的预 定 目标，获取到大量科学数据和全月影像图，并成功 实施受控撞 月任务 ． ２ ０ １ ０年 １ ０月 １日，我国又 成功发射嫦娥二号月球探测器 ，获取 了分辨率更 高的全月影像 图和 虹湾 区域高清 晰影像 ，并成功开展 环绕拉格朗 日 Ｌ ２点等多项拓展性试验 ，为深空探测后续任务的实施奠定 了基础 ． 针对我 国探月工程制定的绕、落、回 ３步计划 ，嫦娥 一号和二号探测器 的成功发射和探测任务 的 圆满完成使得地 月转 移轨道和 环月轨道 的设计得到很好 的应用．而针对返 回型探 测器所涉及到 的包含 地月转移、环 月和 月地转 移 ３段轨道 的完整轨道 ，并无涉及．文 中结合 嫦娥 工程探月 ３期任务和载人 探 月任务，对返 回型月球探 测器 的完整轨道进行设计 ，对轨道的动力学 特征进行分析 ，结合 任务 的设 定 要求对发射 轨道 窗 口进行 计算．研 究结 果具有一定 的普遍性 ，为返 回型 月球 探测器的轨道设计提供 相 应 的依据． 与此同时，我国的 自主火星探测计划也在进行 当中．文 中以此为背景，对地 火转 移轨道的轨道设 计 、轨道计算 、发射窗 口选 择和 中途轨道修正等进行 了全方位的研究．对精确力模型下大推力转移轨道 进 行了相应的计算和动力学特征 的分析 ，并给 出了轨 道中途修正的策略 ，为我 国的火 星探 测任务转移 轨道的选择和设计提供相应的依据 ．
地球-火星的燃料最省小推力转移轨道的设计与优化
（ ．哈 尔 滨 工 业 大 学 深 空 探 测 基 础 研 究 中心 ，哈 尔 滨 １０ ８ ；２ １ ５００ ．国 防科 工 委 月 球探 测 工 程办 公 室 ，北 京 １０８ ） ００ ０
摘
要 ：小 推 力 转 移 轨 道 的 设 计 与 优 化 一 直 是 深 空 探 测 轨 道 设 计 方 面 的 难 点 。针 对 这 些 问题 ， 出 了 一 种 基 提
１ 问题描 述
小 推 力 发 动 机 以其 高 比冲 、 质 量 的优越 性 能 轻 在 未来 的深 空探测 任务 中有 着光 明 的应用 前景 。小 推力 转移 轨道 的设 计 与优化 问题 一 直是 深空探 测小 推 力技 术研 究方 面 的一个 重点 和难 点 。针对 这个 问 题， 曾有 一 些学 者进 行 了研 究 。Ｂ ｒａｄ利 用庞 德 里 ｅｒ ｔｎ 亚 金最 大值 原理 设计 并优 化 了火 星采样 返 回任务 的 小 推力 轨道 … ， ｌｅｅ 利 用 一 种 最 大 值原 理 和 非 线 Ｋｕｖｒ 性 规 划相结 合 的算法 研 究 了地球 一月 球 的小推 力轨
于 等 高 线 图 的 初 始 发 射 机 会 搜 索 方 法 ， 方 法 通 过 绘 制 探 测 器 一火 星 距 离 的等 高 线 图 寻 找 满 足 任 务 约 束 的 小 推 力 该 转 移轨 道 发 射 机 会 ； 时 ， 文 还 给 出 了一 种 小 推 力 轨 道 的 直 接 优 化 算 法 ， 算 法 通 过 将 连 续 的 控 制 变 量 参 数 化 ， 同 本 该 把 轨 道 优 化 问 题 转 化 为 参 数 优 化 问题 ， 后 基 于 所 提 搜 索 方 法 ， 用 逐 次 二 次 规 划 方 法 进 行 求 解 。 数 值 计 算 验 证 然 采
深空探测中的轨道分析、设计与控制共3篇
深空探测中的轨道分析、设计与控制共3篇深空探测中的轨道分析、设计与控制1深空探测中的轨道分析、设计与控制随着科技的不断发展和人类对宇宙探索的兴趣日益浓厚，深空探测逐渐成为了当今科技领域中备受关注的话题。
深空探测需要仰仗先进的科学技术和创新设计，而其中的轨道分析、设计与控制是每一次深空探测都必不可少的重要环节。
轨道是指飞行器或卫星在外层空间的运行轨迹，而深空探测是指人类对地球以外的外太空物体进行研究和探索。
对于深空探测而言，轨道的分析、设计与控制显然是至关重要的，因为轨道是否合理、稳定，直接关系到这次探测任务的顺利实施。
首先，轨道分析是深空探测中必须经过的环节。
它通过数学运算及计算机的处理，推算出飞行器在不同时间、不同位置下所处的坐标和速度方向，可以有效地评估飞行器的运行状态。
轨道分析会根据探测任务的需要，设计出最佳的飞行轨迹，使得探测器可以尽可能地接近目标，并且与目标的相交时间、相对位置等都能得到控制。
此外，轨道分析还可以帮助科学家了解更多深空物体的运行规律，以及预测天体被摄影的方位和时间，提供相关技术支持。
其次，深空探测中的轨道设计也是至关重要的一环。
一般来说，轨道设计需要考虑到很多因素，例如飞行器的质量、能量消耗、发射时间等等。
针对每个具体的探测任务，科学家必须根据特定的目标和预算，设计出最佳的飞行轨道，使得能量消耗最小化、探测器所需的时间最短化，并且考虑到轨道能否反复飞行，一些实用性问题。
此外，在设计轨道时还需充分考虑周围卫星、行星等天体对探测器运动的干扰，进一步确保探测任务的可行性和精度。
最后，对于实施深空探测而言，控制是不可或缺的一部分。
这里的控制不仅仅是针对飞行器的自身状态和运行状态进行控制，还需要针对一些不可控的因素（例如行星引力、空间微粒等）进行动态调整和控制，进一步保证探测任务的精度和高效。
控制方案制定的好坏直接关系到整个探测任务的成败，亦是深空探测中不可忽视的一个环节。
综上所述，深空探测中的轨道分析、设计与控制都是非常重要的环节。
《模拟探索_到火星上去作业设计方案》
《模拟探索_到火星上去》作业设计方案一、设计目标本次作业旨在通过模拟探索火星的活动，激发学生对太空探索的兴趣，培养学生的团队合作能力和解决问题的能力，同时拓展学生的科学知识和想象力。
二、设计内容1. 分组活动：将学生分成若干小组，每组4-5人，每组起一个团队名称。
2. 火星探索任务：每个小组将扮演一支模拟火星探索队伍，在规定的时间内完成一系列任务。
任务包括但不限于：搭建火星基地、种植植物、收集水资源、进行地质勘探等。
3. 角色扮演：每个小组成员将扮演不同的角色，如指挥官、科学家、工程师等，各自承担不同的责任。
4. 实地模拟：在学校或户外场地搭建火星基地模型，模拟真实的探索环境。
5. 进修汇报：每个小组将根据自己的任务完成情况，制作PPT或海报进行进修汇报。
6. 结业演示：所有小组将在结业仪式上展示他们的效果，分享探索经验。
三、设计步骤1. 活动前准备：老师准备火星探索任务清单、分组名单、角色卡片等材料，并安排活动场地。
2. 分组组建：老师根据学生的兴趣和能力，将学生分成若干小组，并为每个小组起一个团队名称。
3. 角色分配：每个小组成员根据自己的兴趣和特长，选择一个角色扮演，确保每个小组各司其职。
4. 模拟探索：学生在规守时间内进行火星探索任务，完成各项任务并记录效果。
5. 进修汇报：每个小组根据任务完成情况，制作PPT或海报进行进修汇报，分享探索经验和收获。
6. 结业演示：所有小组在结业仪式上展示他们的效果，老师和同砚们进行评审并颁发证书。
四、评估方式1. 任务完成情况：根据每个小组完成任务的情况评分，包括任务完成度、合作水平、创新能力等。
2. 进修汇报：评估每个小组的进修汇报质量，包括内容丰富度、表达清晰度、观点奇特性等。
3. 结业演示：评估每个小组在结业演示中展示的效果和经验，包括展示效果、团队合作等。
五、活动扫尾1. 结业仪式：举行结业仪式，表彰优秀小组，并颁发证书。
2. 反思总结：学生和老师共同总结活动经验，反思不足的地方，为下次活动做准备。
载人火星探测任务轨道和总体方案
01
探测活动
在火星表面进行地质调查、环境 分析、采样等探测活动，获取有 关火星的详细信息。
返回准备
02
03
火星返回
建造和测试返回舱，准备返回地 球的航天器、推进剂等。
通过火星起飞、再入大气层等操 作，将航天员和样品安全送回地 球。
THANKS
感谢观看
火星返回方案
样品采集
在火星表面采集具有科学研究价值的岩石和土 壤样本。
样品封装
将采集的样品进行封装，以保护其不受污染和 损失。
返回舱设计
设计和制造一个能够承载样品并安全返回地球的返回舱。
04
关键技术挑战及解决策 略
推进技术
火箭技术
为了将载人飞船送至火星，需要使用具有强大推力的火箭，确保 飞船能够成功脱离地球引力。
热防护
使用隔热材料和热防护涂层，防止高速摩擦产生的高 温对探测器造成损坏。
着陆过程
在接近地面时，通过反推发动机和缓冲机构实现平稳 着陆。
火星表面移动方案
火星车
配备有轮子和独立悬挂系统，能够在火星表 面进行移动和越障。
遥控机械臂
用于抓取和操作火星表面的岩石和土壤样本 。
探测机器人
能够在危险或未知环境下进行探测和采样。
推进器技术
为了实现飞船在火星表面的移动和姿态调整，需要使用高效的推 进器，如离子推进器和涡轮发动机。
燃料储存技术
为了确保飞船的长时间航行，需要研发高效、安全的燃料储存技 术，如液氢和液氧储存技术。
热控技术
温度控制技术
由于火星环境极端寒冷，需要确保飞船能够 保持适宜的温度，因此需要研发高效的温度 控制技术。
自主导航算法
为了实现飞船的自主导 航，需要研发高效的自 主导航算法，以实现飞 船对火星表面的精确着 陆。
火星探测器的轨道设计与控制
火星探测器的轨道设计与控制一、前言自人类进入太空时代以来，探测火星一直是许多国家和科技机构努力的方向。
相比于地球，火星的环境和气候非常恶劣，人类难以生存，因此探测火星的方式多依赖于无人自主探测器。
而如何设计和控制这些探测器的轨道，成为了保障探测器顺利工作的首要问题。
二、火星探测器轨道设计火星探测器的轨道设计是一个非常重要且复杂的问题。
首先要明确的是，探测器轨道设计需要考虑多种因素，其中最重要的是地球和火星的位置和距离、火星表面的地形和地貌、太阳风的影响等。
因此，轨道设计需要紧密结合探测任务的具体要求，充分考虑上述因素的影响。
1. 靶点的选择轨道设计的第一步是选择好探测器的着陆点，或者称之为靶点。
靶点的选择需要考虑地形地貌、环境条件、资源和科学研究价值等多方面因素。
比如，探测火星极地可能会获取到关于火星历史气候变化的价值数据，而选取陨石撞击坑可能会揭示火星的地质历史，影响着陆点的选择还有探测器的能源来源，比如太阳能电池板需要大面积的开阔地带。
2. 轨道类型的选择火星探测器的轨道类型可以分为椭圆轨道、偏心轨道、圆锥体轨道等多种类型。
在考虑轨道类型时，需要根据探测器的任务要求，比如对于能量稳定的科学试验，可以选择椭圆轨道，这种轨道具有稳定的轨道周期和能量，适合长时间观测；对于着陆任务来说，需要选择与火星表面相交的过渡轨道，使得着陆器能够逐渐减速，并适应急剧变化的火星大气，不至于摔毁。
3. 飞行器设备性能的要求轨道设计需要同时考虑飞行器的固有特性，比如其自身质量、推进系统、导航系统、电子设备等，这些因素都会影响探测器的轨道设计。
比如，推进系统的推进力和工作时间，电子设备的重量和能耗等都会对轨道设计产生不同程度的影响。
三、火星探测器轨道控制制定好火星探测器的轨道仅仅是探测任务的一个起点。
为了保障探测器顺利工作，良好的轨道控制也同样十分关键。
探测器的轨道控制需要实时监测和分析探测器的运行状态和位置，随时进行微小的调整。
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目录1.1研究现状及分析 (2)1.1.1 发射窗口 (4)1.1.2火星探测轨道设计 (5)1.1.3火星探测轨道优化 (7)1.2轨道基础知识 (9)1.2.1时间系统 (9)1.2.2坐标系统 (10)1.2.3星历数据 (11)1.2.4B平面 (11)1.2.5Lambert问题 (12)1.3火星探测直接转移轨道的初步设计 (13)1.3.1日心轨道设计及发射窗口的搜索 (13)1.3.2地心段参数的确定 (15)1.3.3火心段参数的确定 (19)1.4 基于B平面参数的精确轨道设计 (20)1.4.1 问题描述 (20)1.4.2 制导方法 (21)1.4.3 轨道精确设计求解 (22)1.4仿真分析 (23)1.4.1初步轨道参数设计结果 (24)1.4.2 精确轨道参数设计结果 (26)1.5结论 (27)I- 2 - 地球——火星转移轨道设计轨道设计是火星探测任务的基础，在设计出精确轨道前，一般都忽略次要因素，以二体模型为基础设计一条简单的轨道来满足任务的要求。
本章采用普适变量方法求解Lambert 问题，并给出基于pork-chop 图以及优化算法两种方法对发射窗口进行搜索，基于此窗口对转移轨道进行初步设计和精确设计。
1.1 研究现状及分析近十年来火星探测已成为科学家们开展空间研究的主流趋势之一，火星是太阳系内与地球最接近的一颗行星，它们有很多共同特征。
自从水被证实在其上存在后，有存在生命的可能是人类目前对火星感兴趣的主要原因之一，此推动了科学研究，在之后每一个合适的发射窗口，都有新型的行星际探测器飞往火星，并携带科学设备用来研究火星的大气与表面，以及发现一些新奇的现象。
在过去的50年里，仅美国在火星探测研究的经费已超过了100亿美金，而在不远的将来他们计划开展大量的火星科学探测活动。
目前，包括俄罗斯航天局在内的世界各大航天机构正在考虑发射载人探测器到火星上的可能性，而确定这样的计划后使得火星探测基础理论研究、技术支持和工程实验迅猛发展，此时我国开展火星探测是及时的，在自主研发的基础上，借鉴外国经验，发展我国自己的火星探测技术，开拓空间资源和领域，促使太空经济蓬勃发展。
截至到2013年，人类从“火星1号”开始共发射41颗火星探测器，其中按任务类型可分为：飞越型、环绕型和着陆型三类。
下表给出了部分抵达过火星的探测器数据（发射与到达时火星和地球的黄经差分别为d λ∆和s λ∆、转移时间T 和转移角度θ）。
表 1 部分抵达火星的探测器数据探测器任务类型 d λ∆ s λ∆ /T d /θ 火星1号飞越 46.34 -53.01 220 161.61 水手4号飞越 58.74 -46.6 228 178.22 火星2号轨道/着陆器 47.95 -40.77 192 148.56 水手9号轨道器 42.83 -34.60 168 130.86 火星4号轨道器 41.46 -52.63 204 148.37火星7号着陆器32.64 -65.1 212 143.75海盗1号轨道/着陆器50.59 -103.95 335 226.16火卫一2号轨道/着陆器36.64 -56.08 201 141.96环球勘测者轨道器73.51 -68.77 308 234.90火星探路者着陆/火星车61.03 -36.86 212 172.15 希望号轨道器155.01 -43.36 1990 -奥德赛号轨道器49.46 -42.98 200 154.25 快车轨道/着陆器46.56 -48.52 206 154.49 勇气号火星车42.89 -53.16 208 151.9 机遇号火星车29.95 -62.88 201 135.27侦查轨道器轨道器36.37 -60.55 210 146.43 凤凰号着陆器63.12 -73.01 295 217.7上表中转移角基本上都在180度附近，类似于霍曼转移轨道的结果，反映出火星轨道设计优先考虑能量问题，这为我国自行开展火星探测任务提供了参考信息。
总结过去50多年的火星探测任务，人类借助多个探测器对火星进行了观测与探测，揭示了一个与地球相近而又有众多不同的新世界。
针对之前所取得的成果，世界各个航天大国纷纷提出自己的火星探测计划，其中以美国NASA火星科学实验室和欧空局的天外火星最具有代表性，而其主要任务为：1）开展有针对性的火星侦测任务，寻找火星上的生命迹象和热液源，及火星大气高层探测，即空间生物研究实验室和火星大气高层探测卫星；2）火星样本返回计划，采用相对简单的方法在着陆点就地采集土壤和大气样品，通过返回式飞船带回地球进行详细分析，最理想情况下这一任务将于2016年欧空局开展；3）在火星安置寿命较长的着陆器形成网络，进而开展地震学、地质化学和气象学研究，评估火星上微粒的特性及大气参数的动态变化，乃至于研究航天员到达火星的生物危险等级；4）开展深度钻孔任务，即配备钻孔设备对火星土壤深度挖掘，寻找可能存在的水资源并评估其特性，以期望在未来的载人登火任务中可以充分利用火星上的资源；- 3 -5）开启载人登陆火星任务，主要分三个阶段，初始阶段主要验证就地资源的使用可行性和高空拦截技术（70°锥角）及在火星大气机动时用仪器测量环境参数，中间阶段主要解决精确着陆和火星表面土壤的辐射防护特性分析，及验证精简模式的载人火星着陆系统，最终阶段需要解决首次载人任务的着陆点勘测和关键任务的全比例实验。
总的来说，在载人探测之前的无人探测任务还有许多待解决的问题，火星上水和甲烷的发现加速了世界各国科学家们火星移民和开发火星的设想，根据过去五十年来对火星环境的信息已为我国提供了宝贵的数据支持，开展火星探测研究可以提升我国科学和经济发展，更加可以提高我国在社会的地位，所以在国家“十一五”计划中早早地规划了以月球探测为基础，继而开展火星探测为主线的深空探测任务。
1.1.1 发射窗口大多数火星转移轨道均是采用霍曼过渡方式，而在地球上每隔26个月才会出现一个较为合适的发射窗口，此时地球与火星相对比较近，发射能量较少，一旦错过这个合适的发射窗口，地球与火星在日心坐标系下的位置发生了变化，飞行路线也发生变化，导致能量不是最优，甚至不能临近火星，故发射窗口的选取是火星探测任务中重要的一环，主要是受到诸多限制，而这些限制条件与发射成本和工程复杂性有关，主要包括飞行时间、发射能量与任务总能量，甚至包括运载火箭的级别，而在合适的年份探测火星，火星探测器对运载火箭是有一些特定的要求，无论运载能力是否足够，一些运载火箭仍然不能发射火星探测器。
选取最优发射窗口就显得格外重要，工程上应用最为广泛的是等高线图法，即绘制pork-chop图，其能够直观地描述出在既定的时间段内发射窗口的变化情况，为满足约束条件的最优发射窗口提供较为精确的初值，这种方法最早出现于1983年Sergeyevsky 给出了1991年至2005年金星探测的最优发射窗口选取中，鉴于此优点，国内外大部分学者一般采用该方法设计行星探测发射窗口的初值，但针对较长时间段的搜索，这种穷举搜索法的计算量极大，给探测设计任务带来了诸多不便。
针对此缺点，国内哈尔滨工业大学的乔栋博士提出了一种基于遗传算法的最优发射窗口搜索，其通过对星历与Guess问题的解算，将上述问题简化为仅含有两个变量的寻优问题，该方法具有全局搜索的能力，并且收敛快，作者给出了基于此方法的小行星的最优发射窗口的搜索时间仅为传统方法的4.19%，极大地提高计算效率，但往往需要多次迭代才能够- 4 -得到精确的发射窗口，之后，作者又提出了遗传算法与序列二次规划方法相结合来搜索发射窗口，其能够快速得到精确的发射窗口。
而在小推力火星探测发射窗口搜索方面，国外的Petropoulos 提出了一种基于形状的方法对发射窗口快速搜索，其能在二维轨道面快速地搜索到一个发射窗口，但含有过多的冗余计算，随后国内的一些学者对此法进行合理选取搜索参数和加入一些约束要求，完整的给出了算法流程，并搜索了火星借力探测小行星的发射窗口，可仍然不是最优的发射窗口；此后，西北工业大学的岳晓奎教授结合了DE算法与间接法各自优点，使用这两种算法搜索到的发射窗口是一片区域，需根据实际情况综合考虑时间与燃料才能确定最优的发射窗口。
我国作为火星探测任务的后起之秀，自主火星探测工程难度大，但其国际影响和战略意义甚大，而火星探测新一轮浪潮中，我国要切实抓住宝贵的发射窗口，以确保在2015年实施自主火星能成功发射。
1.1.2火星探测轨道设计对于火星探测轨道设计技术，按照能量获取方法分类，可大致分为三种方法:直接转移、小推力变轨和借力飞行的方法。
直接转移方法是指，探测器在短时间内由大推力冲量的方法获得瞬时加速度，改变探测器的速度，通过一次大推力加速过程直接完成探测器飞往目标天体的转移。
对于直接转移方法，可以分为初步设计和精确设计两个过程。
对于初步设计，是以圆锥曲线拼接法(Patched Conic Method)为基本原理，将探测轨道划分为几个分段过程，每个分段过程可以近似成二体问题处理，然后通过接口，将每一段拼接在一起。
Breakwell和Perko证明了针对行星际轨道设计问题，应用圆锥曲线拼接法可以得到合理结果。
对于二体问题，Sergeyevsky 和Yin提出了针对不同发射时间和到达时间，绘制发射能量和到达能量以求得发射机会的方法—Pork-Chop图法，来搜寻可能的发射机会，Pork-Chop图法是搜索发射机会的经典方法。
能量等高线图一般以发射和到达时间为坐标轴绘制发射或到达能量的等高线图，图上的每一点都可以由相对应的兰伯特(Lambert )问题求得。
由于初步设计，采用的是二体问题处理的方法，没有考虑其他星体的引力、太阳风等因素，所以尽管圆锥曲线拼接法对于深空轨道初始设计与任务验证来说可以提供足够的精度，在实际工程探测中，依然需要进行基于精确模型的计算以求得符合精度要求的转移轨道。
Angelo Miele和T. Wang曾经采用连续梯- 5 -度修补C Sequential Gradient Restoration)非线性规划算法研究火星探测任务的轨道特性。
此种方法采取最优控制原理求解，方法的非线性较强。
此外，大部分精确动力学模型算法采取的均为轨道搜索算法。
包括不需要偏导数信息的变步长折回爬山法、可变容差多面体算法和采用偏导数信息的牛顿微分校正算法、最速下降梯度法等方法。
小推力方法采用的是高比冲推进，通过长时间的小推力加速，螺旋运动，到达目标星体。
由于小推力方法动力学模型长时间存在小推力项，采用的转移方案和设计方法将会与常规的方案存在差异。
小推力转移的优化属于函数空间的最优化控制问题，目前解决此问题主要存在两种方法。