地球(及其它行星)、月球的卫星由于引力场的南北不对称性都存在冻结轨道(Frozen orbit),月球异常复杂的引力场使得月球卫星的轨道有着与地球卫星轨道不同的特性,这种不同的轨道特性可以通过两者的冻结轨道不同来说明。此外给出了描述轨道慢变化的近似分析解,由此可以清楚地看出一般的非冻结轨道与冻结轨道的关系。
对月球低轨卫星的轨道寿命特征和冻结轨道晶状态作了详尽的理论分析,给出它们与轨道倾角之间的关系以及它们相互之间的某种联系,并考虑低轨卫星的主要摄动源,在完整力模型下作了相应的模拟计算,不仅证实了理论分析的正确性,而且为环月运行探测器的轨道设计提供了极有参考价值的数值结果．
利用带谐项J2和J3对月球卫星轨道进行了优化设计.首先分析了月球卫星轨道摄动因素对轨道的影响,其次推导了对应于J2和J3项的冻结轨道计算公式,并通过对仅包含月球引力场模型的运动微分方程,直接积分计算轨道的变化进行了验证.最后,通过合理选择初始轨道的偏心率eo和近月点幅角ωo,对月球卫星极轨道进行了优化设计,给出了设计公式并进行了仿真.结果表明,这种优化设计方法是很有效的.
月球探测器的运动通常可分为3个阶段,这3个阶段分别对应3种不同类型的轨道:近地停泊轨道、向月飞行的过渡轨道与环月飞行的月球卫星轨道。近地停泊轨道实为一种地球卫星轨道;过渡轨道则涉及不同的过渡方式(大推力或小推力等);环月飞行的月球卫星轨道则与地球卫星轨道有很多不同之处,它决不是地球卫星轨道的简单克隆。针对这一点,全面阐述月球卫星的轨道力学问题,特别是环月飞行中的一些热点问题,如轨道摄动解的构造、近月点高度的下降及其涉及的卫星轨道寿命、各种特殊卫星(如太阳同步卫星和冻结轨道卫星等)的轨道特征、月球卫星定轨等。