基于空间三体模型的低能量探测轨道特性分析

【摘要】： 本文主要对基于三体模型设计的空间探测任务的轨道特性,轨道设计,以及空间三体轨道的实际应用等问题进行了研究。研究的内容和成果主要包括以下几个方面: 首先,建立了空间飞行器的三体动力学模型,得到了空间三体动力学方程的五个特解。利用勒让德级数对平动点附近的方程进行了展开,得到了平动点附近方程的近似解,得到了共线平动点附近的周期和拟周期轨道。对影响空间探测任务的三个共线平动点的稳定性进行了分析,得出了共线平动点不稳定的结论,在小的扰动下平动点附近的流形就会发生结构性的变化; 其次,以空间围绕拉格朗日点的周期轨道为基础研究了日地三体模型和地月三体模型下空间的流形的走向和形态,对于由周期轨道生成的空间流形构成的管状通道进行了分析。以简单的周期轨道为基础构造了复合周期轨道,得到了两种模型下各自Halo轨道之间的零消耗转移轨道,研究了对这两种模型下的流形轨道进行拼接的问题; 然后分析了从平动点附近出发的轨道特性,发现飞行器在无动力的条件下从平动点出发是不能到达地球近旁的,同时研究了从近地圆轨道出发的轨道特性,得到了从近地圆轨道到达平动点从而进行深空探测的较好的出射角; 最后,对三体轨道的稳定性进行了分析,研究了三体模型下轨道的控制问题,给出了利用多模型切换轨道控制方法和几何控制方法对三体模型的转移轨道方案进行了设计,并在探月任务中将基于三体模型设计的轨道和霍曼转移进行了能量比较。