循环轨道（Cycler Trajectory）
本文作者：天疆说
定义
循环轨道（Cycler Trajectory）是连接两颗天体的自然周期轨道，可看作一种特殊的共振轨道。通过循环轨道可实现天体之间的连续往返，但无法在其中任意一颗天体上逗留。Aldrin 于 1985 年首次提出地月循环轨道概念，方案包括转移飞行器（利用循环轨道往返）和运输飞行器（负责人员物资输送）。由于转移飞行器无需被捕获且可重复使用，能显著节省燃料。
核心要素
循环轨道的方案架构
Aldrin 提出的地月循环轨道方案由两类飞行器组成：
- 转移飞行器（Cycler Vehicle）：持续沿循环轨道运行，在每次经过地球和月球附近时与运输飞行器对接，无需减速入轨，可长期重复使用
- 运输飞行器（Taxi Vehicle）：负责将人员和物资从地球或月球表面送入循环轨道，完成对接后返回地面，无需随循环轨道长期飞行
燃料节省原理
循环轨道之所以能节省燃料，关键在于转移飞行器的动力学特性：
- 无需捕获机动：转移飞行器沿周期轨道运行，不需要在到达月球或地球时施加制动脉冲
- 可重复使用：转移飞行器作为长期在轨资产，分摊到每次任务的建造成本大幅降低
- 自然周期性：利用天体引力的自然周期轨道，仅需少量维持机动即可长期运行
循环轨道的设计约束
设计满足实际任务需求的循环轨道需解决以下问题：
- 周期匹配：轨道周期需与两颗天体的会合周期形成合理共振关系
- 近地/近月高度：每次飞越地球和月球时的近地点和近月点需满足对接窗口要求
- 轨道稳定性：长期运行中需评估轨道受摄动影响的稳定性
- 转移窗口：运输飞行器与转移飞行器的对接窗口需满足任务频率需求
应用价值
循环轨道在地月空间交通运输体系中具有重要应用前景：
- 常态化地月往返：循环轨道可支撑地月之间的定期航班化运输
- 深空探测延伸：循环轨道概念可扩展至地火循环等行星际任务
- 空间基础设施：转移飞行器可作为长期在轨空间站使用
相关概念
参考文献
- Aldrin B E. Cyclic Trajectory Concepts[J]. SAIC Presentation to the Interplanetary Rapid Transit Study Meeting, 1985.
- Friedlander A L. Cislunar crew/cargo transportation system evaluation[J]. Journal of Spacecraft and Rockets, 1988.
- Vallado D A. Fundamentals of Astrodynamics and Applications[M]. 4th ed. 2013.