火星稀薄大气动态误差对制动降轨的影响分析（

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1、火星稀薄大气动态误差对制动降轨的影响分析*收稿日期：2015-05-02基金项目：国家重点基础研究发展计划（973计划）项目（2014CB744200）；上海市深空探测技术重点实验室项目（13dz2260100）作者简介：方宝东（1978－），男，上海人，博士研究生，E-mail：fangbd@126.com吴美平（通信作者），男，教授，博士，博士生导师，E-mail：wumeiping@nudt.edu.cn方宝东1,2，吴美平1，张伟2,3（1.国防科学技术大学机电工程与自动化学院，湖南长沙410073；2.上海卫星工程研究所，上海20024

2、0；3.上海市深空探测技术重点实验室，上海200240）摘要：针对火星大气制动降轨过程中稀薄流区大气受季节和昼夜等因素影响而存在较大动态误差的问题，建立气动力作用下的轨道动力学方程，研究探测器稀薄流气动参数计算方法，分析大气参数动态误差对气动力及制动降轨效果的影响。结合火星探测应用，仿真分析火星大气制动过程中的探测器气动特性以及轨道变化特性。为保证探测器制动过程中的安全和持续时间要求，给出了理想的大气制动降轨走廊范围及导航精度需求，具有一定的工程参考价值。关键词：火星探测；大气模型；大气制动；动态误差中图分类号：V488文献标志码：A　　　文章编

3、号：EffectofMarsRarefiedAtmosphericDynamicErrorDuringAerobrakingFangBaodong1,2,3,WuMeiping1,ZhangWei2,3(1.CollegeofMechatronicsEngineeringandAutomation,NationalUniversityofDefenseTechnology,Changsha410073,China;2.ShanghaiInstituteofSatelliteEngineer,Shanghai200240,China;3.Shang

4、haiKeyLabortroyofDeepSpaceExplorationTechnology,Shanghai200240,China)Abstract:FortheproblemofMarsrarefiedatmosphericdynamicerrorsthatcausebyseasonalvariationanddiurnalchangeduringMarsareobraking,theorbitaldynamicequationincludingaerodynamicforceisestablished.Throughtheresearc

5、hofaerodynamicparametercalculationmethodappliedtorarefiedflow,theeffectofdynamicerrorsonaerodynamicforceandaerobrakeresultisanalysed.ConsideringtheapplicationinMarsexploration,thecharacteristicsofaerodynamicandorbitduringMarsaerobrakingaresimulatedunderconditionofatmosphericd

6、ynamicerrorsexist.Toassurethesafetyofspacecraftandtheaerobrakingduration,thecorridorofaerobrakingandtherequirementofnavigationareproposed.TheresultcanbeareferencefortheaerobrakingimplementationoffutureChineseMarsexploration.Keywords:Marsexploraion;Aerodynamicmodel;Aerobraking

7、;Dynamicerror91引言火星探测是当前国内外深空探测的热点之一。对于火星探测任务，大速度增量需求导致的发射质量及携带燃料的局限是制约任务的重要因素。大气制动降轨方法是使探测器既节省推进燃料又快速准确地到达目标轨道的有效手段。这一技术能最大限度地降低所需燃料的质量，探测器也能承载更多的有效载荷，完成更多的科学探测任务；在有效载荷质量不变的情况下减轻探测器总质量，降低对火箭运载能力的要求，节省发射成本。目前，在深空探测任务中已成功实施4次大气制动降轨[1-3]，具体参数如表1所示。表1大气制动降轨技术典型应用Tab1Typicalappli

8、cationsofareobraking探测器MagellanMGSOdysseyMRO发射年份1989199620002005制动前近