太阳中纬度探测共振借力轨道设计

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1、2013年5月北京航空航天大学学报May2013第39卷第5期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．39No．5太阳中纬度探测共振借力轨道设计李小玉(中国科学院空间科学与应用研究中心空间天气学国家重点实验室，北京100190)郑建华(中国科学院空问科学与应用研究中心信息仿真实验室，北京100190)摘要：针对太阳中纬度探测任务，设计了共振借力轨道方案．根据离开超越速度的解析表达式得到借力后日心轨道的可行集并将结论推广到任意借力行星．进而提出RRplnc图形化设

2、计方法，通过RRplnc图分析得到共振借力的超越速度大小直接决定了最终轨道倾角．以共振借力行星作为目标星体设计借力转移轨道，以逃逸速度和到达超速作为性能指标，采用多目标优化算法优化．给出了两个设计方案：方案1选择金星作为共振借力行星，探测器通过“金星一地球一地球”借力飞行增加金星共振借力前的超越速度；方案2选择地球为共振借力行星，探测器在木星借力后返回地球共振借力．两个方案最终轨道倾角分别约为30。和35。．关键词：星际航行；轨道；引力甩摆；轨道转移；深空探测中图分类号：V41文献标识码：A文章编号：1001．5965(2013)05-

3、0574-06Resonantgravity-assisttrajectorydesignforSun’SmiddlelatitudeexplorationLlXiaoyu(StateKeyLaboratoryofSpaceWeather，NationalSpaceSciencesCenter，Beijing100190，China)ZhengJianhua(LaboratoryofSpaceInformationandSimulation，NationalSpaceSciencesCenter，Beijing100190，China)

4、Abstract：Sun’Smiddlelatitudeexplorationtargetsontheobservationofthesolarmiddle—latituderegionfrominclinedorbits．Inordertoachievethis，resonantgravity—assiststrajectory(RGA)wasinvestigatedcon—sideringtheconstraintsofnearestdistancetotheSun．Afterthedeductionofanalyticalexpr

5、essionofout-goingexcessvelocity，dimensionalnormalizationwasperformedinorderthattheresultscanbeappliedtoanygravi—ty—assistplanetwithproperscaling．Thenanoveltygraphicalmethodforgravity—assistanalysiswasproposedasRRpIncgraph，whichvisualizedtherelationsinresonanceratio，norma

6、lizedperihelionandinclination．FromRRpIncgraph，themagnitudeofexcessvelocitywasconcludedtobethekeyparameterforfinalinclination．Thusseveralothergravity--assistsshouldbecarriedoutbeforeRGAandoptimizedbymulti--objectivegeneticalgorithmforbothminimumescapeenergyandmaximumexces

7、svelocityatthebeginningofresonantgravity—assistplanet．ThenRRpIncgraphwasusedtogettheproperresonantratio．Twotrajectoryoptionsarelistedupaspromisingchoices．Thefirstoptiontakesaflybysequenceofvenus—earth·earth(VEE)beforeVenusres—onantgravity-assiststothefinalinclinationof30

8、。．ThesecondoptionusesJupiterflybytospeedup，whichisfollowedbyEarthresonantgravity—assiststoreachansolare