多天体交会借力飞行轨道设计与优化

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1、哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要小天体探测轨道设计与优化是实现小天体探测任务的关键技术之一，小天体探测轨道设计不同于传统的航天器轨道设计，由于需要更多的能量，仅依靠冲量轨道转移难于实现，为此本文对“多天体交会借力飞行轨道设计与优化”进行了系统深入的研究。首先，给出了一种多天体交会发射机会的搜索方法。运用高斯普适变量方法求解兰伯特问题，并绘制出了能量等高线图。利用二体模型，在满足能量匹配的条件下，运用圆锥曲线拼接的方法，给出了完整的交会轨道.通过全局搜索，可得到能量最小的发射机会。本文利用此搜索方法，给出了2007-2010年，与主带小行星

2、和近地小行星交会的发射机会。其次，以△V-EGA为例，分析了带有深空机动借力飞行的原理，并给出了其数值算法和△V-EGA轨道转移方案的性能，通过对不同△V-EGA轨道转移方案的对比，得出了以2年为周期的△V-EGA轨道转移方案的性能较优的结论。再次，选择16271var为目标小行星，根据其轨道特性，分别计算了直接转移轨道，单次借力飞行(包括VGA和MGA)、双次借力飞行(包括VEGA和VMGA)的纯借力飞行轨道和△V-EGA转移轨道，经过对比分析，给出了交会Ivar小行星的△V-EGA轨道转移方案。最后，利用主矢量原理，求解了性能指标对自由

3、变量的偏导数，把复杂的轨道优化问题归结为一个多维的参数化优化问题，并利用梯度下降法，给出了一种多天体交会的轨道优化方法。关键词多天体交会;借力飞行;深空机动;轨道设计;轨道优化哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractTrajectoryDesignandOptimizationisthekeytechniquetoaccomplishexploringtheasteroidmissions.TrajectoryDesignforexploringasteroidmissionisdiferentclassicorbitdesign,b

4、ecauseitrequiresmoreenergyandisdifficulttorealizebydirectimpulsetransfertrajectory.Sothemultipleencountergravity-assisttrajectorydesignandoptimalisinvestigatedsystematicallyandthoroughlyinthispaper.Firstly,asearchingmethodforlaunchopportunityofmultipleencountergravity-assi

5、sttrajectoriesispresented.TheLambertproblemissolvedbyGauss'smethod.Theenergycontourmapisploted.Satisfyingtheconditionsofenergymatching,theintegraltransfertrajectoryisgivenbyusingthepatched-conictheoryandtwo-bodysystem.Inthispaper,launchopportunitiesofencounterthemainbeltas

6、teroidsandnearearthasteroidsareobtainedin2007-2010byusingthismethod.Secondly,thetheoryofgravity-assistwithdeepspacemaneuverisanalyzed.Take△V-EGAasanexample,thenumericalalgorithmtocalculatethecharacteristicsandperformanceof△V-EGAtrajectoriesispresented.Comparingwithvarious△

7、V-EGAtransfertrajectories,theperformanceof2yearsperiod△V-EGAtrajectoriesisbetterthanothers.Thirdly,the1627Ivarasteroidischosenastargetasteroid.Accordingtoitsorbitcharacteristics,thedirectedtransfertrajectory,thesinglegravity-assisttrajectory(includingVGA,MGA),thedoublegrav

8、ity-assisttrajectory(includingVEGA,VMGA)andthe0V-EGAtransfertrajectoryarecomputedrespecti