大偏心率火星探测器轨道外推的近似方法

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1、第30卷第5期2011年10月飞行器测控学报JournalofSpacecraftTT&CTechnologyV01．30NO．50Ct．2011大偏心率火星探测器轨道外推的近似方法。胡寿村1，刘林h2(1．南京大学天文系·南京·210093；2．南京大学空间环境与航天动力学研究所·南京·210093)摘要：对于快自转天体，如地球和火星，由于其非球形引力住中田谐项的振动频率与卫星运动频率相当，会给构造大偏心率环绕型探测器轨道分析解带来无法克服的困难。本文以轨道偏心率P≈0．9的“萤火虫一号”(YH一1)火星环绕探测器为例，探讨在精度要求不高的情况下，给出近似

2、分析解和计算效率与其相当的数值解计算方案，以满足在计算资源有限的制约下快速轨道外推的要求。关键词：轨道力学；环绕型火星探测器；大馅心率轨道；田谐项摄动中图分类号：V412．41文献标识码：A文章编号：1674—5620(2011)05—0055一05AnApproximationMethodofOrbitPredictionfor眦OMarsProbesHUShoucunl。LIULinl，2(1．AstronomyDepartment，NanjingUniversity，Nanjing210093#2．InstituteofSpaceEnvironment

3、andAstronautics，NanjingUniversity，Nanjing210093)Abstract：Forfast-rotationcelestialbodiesliketheearthandMars，themotionfrequencybetweentheTesseralHar—monicGravitationalPotentialandthesatelliteiscomparative．ThisbringsaboutenormousdifficultytOconstructionofaperturbationanalyticalsoluti

4、onforhigheccentricityorbitsatellites．TakingYH一1MarsOrbiterProbe，theec。centricityofwhichisashighas0．9，asanexample，thispaperputsforwardanapproximationanalyticalsolutionandacomparativecomputation-efficiencynumericalcomputationalschemetOmeetthedemandoffastorbitpredictionundertheconstra

5、intoflimitedcomputingresources．Keywords：OrbitalMechanics；MarsOrbiter；HighEccentricityOrbit(HEO)lYH一1；TesseralHarmonicPertur—bation0引言瓤nb吨．1毪篇蔫然萎?器对于快自转天体，其非球形引力位中的田谐项对偏心率不大的环绕型探测器轨道的影响是短周期性的，构造相应的分析解无任何困难，但它却给构造大偏心率轨道(HEO)分析解带来无法(至少目前如此)克服的困难。由于科学目标的要求或者技术上的原因(比如燃料携带得不够等)，就有一些火星探测器

6、的工作轨道实际上形成了一条大椭圆轨道，如表1所示。因此，无论是从实用角度来看，还是从轨道力学理论自身的完整性来看，针对田谐项建立起一套适用于0≤e<1的分析解是很有必要的。然而从轨道力学发展过程来看，采用通常的摄动法却无法构探测器火星2号火星5号水手9号海盗1、2号火星环球勘测者火星快车火星侦察轨道器萤火一号(待发射)造相应的小参数幂级数解‘1。2]。而我国与俄罗斯合作待发射的“萤火一号”(YH一1)火星探测器，偏心率e高达0．9，如果需要在星上进行自主轨道外推，又不能像在地面测控站那样采用常规的数值解达到目的，必须寻找简单的近似方法。作者曾对此作了·收稿日

7、期：2011一02—25l修回B期：2011—04—25第一作者简介：胡寿村(1985～)，男．硕士研究生，主要研究方向为深空探潮器轨道力学IE-maihrunningabc@163．tomLn；2∞％昭盯昭趵一OO0O56飞行器测控学报第30卷一些必要的探讨和分析，获得了一些不成熟的结果[3剖，给出的是半分析解，相应的系数由数值方法计算。虽然该方法最后的结果适用于0≤P<1，但带来的问题是级数收敛太慢导致实际引用时取项过多，从而大大增加了计算量，也影响对相应问题的分析。接着，又进一步针对主要田谐项(J：．：项)，在三角级数展开的基础上将形式上的摄动分析解表

8、达为一个变上下限的定积分，虽然计算量远远小于文献[3