环火探测器非球形引力摄动运动的频率分析方法

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1、第32卷第4期2013年8月飞行器测控学报JournalofSpacecraftTT&CTechnologyV01．32No．4Aug．2013环火探测器非球形引力摄动运动的频率分析方法’张巍1，王歆2(1．南京大学天文与空间科学学院·南京·210093；2．中国科学院紫金山天文台·南京·210008)摘要：环火探测器的撮动分析解对于分析探测器轨道运动规律以及星载计算具有比较重要的意义。针对火星非球形引力摄动影响下环火探测器的运动，采用频率分析方法，对环火探测器轨道运动进行仿真，得到了与KAM理论一致的结果，在火星非球形引力摄动作用下的环火探测器轨道位于

2、一个不变环面，可由3个角变量的频率描述。利用该方法，采用数值方法构建轨道运动的分析表达式，通过与数值积分结果的比对，证明该分析表达式具有较好的精度，适合长时间的轨道外推，可以满足航天任务的星栽应用需求。该方法不仅可以给出环火探刹器在任意时刻的轨道状态量，同时可以较高精度地确定3个角变量的变化率，反映一定的轨道变化规律。关键词：环火探测器：非球形引力撮动；频率分析；摄动分析解中图分类号：V556．3；P173．3文献标志码：A文章编号：1674—5620(2013)04—0357—06DOI：10．7642／j．issn．1674—5620．2013—04

3、—0357—06FrequencyAnalysisoftheMotionofMarsOrbiterDuetoNonsphericAttractionPerturbationZHANGWeil，WANGXin2(1．SchoolofAstronomyandSpaceScience，NanjingUniversity。Nanjing210093；2．PurpleMountainObservatory，ChineseAcademyofSciences，Nanjing210008)Abstract：TheanalyticalsolutionofMarsorbit

4、erhashighsignificanceforstudyoforbitregularitiesandon—boardcomputation．FrequencyanalysismethodisusedtOemulatemotionoftheMarsorbiterundertheMarsnon—sphericalgravitationalperturbationandtheresultobtainedisthattheorbitislocatedinaninvarianttorusandcanbedescribedbythefrequencyofthree

5、anglevariables，whichisconsistentwiththeKAMtheory．Highaccuracyanalyticalex—pressionoforbitalmotionisconstructedwithnumericalmethodtomeettherequirementsoflongtimeorbitpredic—tioninon-boardcomputationforspacemissions．InadditiontOthecapabilitytOgivestateparametersoftheMarsor—biterata

6、nymoment，themethodcanbeusedtOdeterminetherateofthreeanglevariablesandreflectorbitregulari—ties．Keywords：Marsorbiter；non—sphericalgravitationalperturbation；frequencyanalysis；perturbedanalyticsolutionO引言研究深空探测器环绕段的轨道运动方法有2种：分析方法和数值方法。分析方法的优点是计算速度快，可以给出指定时刻的探测器运动状态，可以反映轨道运动变化规律；数值方法

7、通过对探测器运动方程进行数值积分，可以考虑比较复杂的摄动因素，计算精度高。但两者也都有各自的缺点，分析解的构造方法虽十分清楚，但要构造高阶分析解并不是十分容易，而数值解计算量比较大，并且只能从初始历元逐一给出各个时刻探测器的状态量，此外数值解本身不能反映轨道运动的变化规律。深空探测器环绕运动与地球卫星的运动特征不完全相同。随着我国深空探测的深入开展，探测器拟探测的目标天体越来越多，环绕的中心天体包括了月球、其他大行星、大行星的卫星，乃至小行星等。环绕不同的中心天体，影响其运动的力学因素大不相同，在各种摄动因素中影响最为显著的中心天体*收稿日期：2013一

8、03—15；修回日期：2013一04—15；网络出版时间：2013一07—191