DRO计算及其在地月系中的摄动力研究

发布时间：2021-12-02 05:08

　　针对远距逆行轨道（DRO）的航天工程应用问题,研究了DRO的计算方法以及轨道特性,分析了DRO在实际力环境中的主要摄动因素,为DRO的精确建模和标称轨道设计奠定一定的理论基础。首先,利用仿真算例验证流函数法在计算DRO周期轨道族中的有效性。然后,利用该方法,通过改变雅可比常数,延拓计算DRO周期轨道族,获得不同共振比的DRO,仿真结果表明整数共振比的DRO在地月惯性坐标系中的轨迹是封闭的曲线,而共振比非整数的DRO则不封闭。最后,通过轨道外推分析影响DRO稳定性的主要摄动因素,仿真结果表明太阳引力和月球轨道偏心率是影响DRO稳定性的主要摄动因素。在动力学模型中,使用标准星历表示行星的运动状态,当积分时间多于10天时模型误差为km量级,因此在地月系这样大尺度的空间范围内,可以使用星历模型近似的分析DRO在真实力环境中的运动状态,为任务轨道设计提供依据。 

【文章来源】：北京航空航天大学学报. 2020,46(05)北大核心EICSCD

【文章页数】：10 页

【部分图文】：

地月系的φ*(x)曲线和以点P为初值迭代

本文通过在圆形限制性三体模型下延拓雅可比积分C计算地月DRO周期轨道族。DRO存在较大的幅值范围,当幅值较小时,DRO完全可以看作低轨的环月轨道,此时,DRO具有较高的雅可比常数,接近L1(CL1=3.188 34)和L2(CL2=3.172 16)的雅可比常数。随着雅可比常数的减小,DRO幅值将逐渐增大,越靠近地球时对应的雅可比常数越小。图3在很大的范围内绘制了地月CRTBP中的DRO周期轨道族。每个轨道的颜色表示雅可比常数,由右边的颜色栏指定。很明显,一些轨道已经延伸到离月球很远的地方,因此被称为DRO。越靠近月球,DRO的周期越短,随着轨道周期通过与月球1 ∶4、1 ∶3和1 ∶2的共振,DRO的大小增加,并逐渐接近与月球1 ∶1的共振。图3 DRO周期轨道族与雅可比常数C

图2 地球DRO(1 ∶3)共振轨道以上是在地月会合坐标系下对DRO进行了计算。然而,在航天器任务分析中,了解地月惯性坐标系解的性质是至关重要的。为此,本文定义了一个地月惯性参考框架,其具有以下性质:参考框架的坐标原点是地球,月球在地月参考平面上绕地球作圆周运动。在t=0时刻,地月惯性坐标系和地月会合坐标系的轴线对齐。因此,在t=0时刻,月球位于地月惯性坐标系的+X轴上。由CRTBP的对称性可知,判别式(7)的解t*即为1/2轨道周期,联合式(9)和式(10)通过数值方法得到雅可比积分C与DRO轨道周期的对应关系,从而可找到1 ∶2、1 ∶3及1 ∶4的月球共振轨道,图4(a)、图4(b)、图4(c)分别展示了它们在地月惯性坐标系下的运动轨迹。从图4可以看出,这3 种共振轨道均为非开普勒轨道,它们在地月惯性坐标系中是周期闭合的。图4(d)是共振比非整数的DRO在地月惯性坐标系中的运行情况,其轨迹不再是封闭的曲线,而看起来像是在月球轨道附近打水漂。

【参考文献】：
博士论文
[1]地月空间拟周期轨道上航天器自主导航与轨道保持研究[D]. 钱霙婧.哈尔滨工业大学 2013
[2]共线平动点任务节能轨道设计与优化[D]. 李明涛.中国科学院研究生院（空间科学与应用研究中心） 2010



本文编号：3527793