基于木星借力的太阳极轨探测器轨道设计方法.pdf

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1、第31卷2014年第6期上海航天AERoSPACESHANGHAI文章编号：1006—1630(2014)06—0013-05基于木星借力的太阳极轨探测器轨道设计方法董泽政1，李绿萍1，张靖沛2，张嵬1，陈昌亚1(1．上海卫星工程研究所，上海200240；2．上海航天技术基础研究所，上海201109)摘要：提出一种从地球发射至日心大倾角轨道设计方法。讨论了该类轨道的实现方式，分析了地球、太阳、行星的相对位置关系，建立了基于行星借力的日心大倾角轨道设计数学模型，给出了设计方法的流程。尤利西斯探测器转移

2、轨道设计算例验证了方法的合理性和有效性。关键词：日心大倾角轨道；行星借力；轨道设计中图分类号：V476．4文献标志码：AOrbitDesignofSolarPolarProbeBasedonJupiterGravity—AssistsDONGZe—zhenl，LILv—pin91，ZHANGJing—pei2，ZHANGHuail，CHENChang-ya(1．ShanghaiInstituteofSatelliteEngineering，Shanghai200240，China；2．Shangha

3、iInstituteofSpaceflightBasedTechnology，Shanghai201109，China)Abstract：Thedesignmethodofthesolarpolarlaunchedfromtheearthtolargerinclinationheliocentricorbitwasputforwardinthispaper．Therealizationofthistypeorbitwasdiscussed．Therelativepositionamongtheear

4、th，sunandplanetwasanalyzed．Thedesignmodeloflargerinclinationheliocentricorbitbasedonplanetgravity-assistswasestablished，andthedesignflowchartwasgivenout．ThedesignexampleofUlyssesprobeprovedthatthedesignmethodwasreasonableandeffective．Keywords：Largerinc

5、linationheliocentricorbit；Planetgravity—assists；0rbitdesign0引言太阳是距离地球最近的恒星，也是支撑人类活动的最重要能源。对太阳进行全方面、深入观测，进一步提高人类对太阳的认识有重要的现实意义。太阳极轨探测器运行于日心大倾角轨道，可飞抵太阳两极区域并绕行运转，对太阳表面实现全方位的观测，对了解太阳活动分布和演化有重要意义。美国于1990年10月发射了尤利西斯探测器，在轨服役近17年，尤利西斯探测器发回的数据进一步加深了科学家对太阳的认识，对探

6、测太阳两极做出重要贡献。日心大倾角轨道设计方法是实现太阳极轨探测的前提。与一般深空轨道不同，Et心大倾角轨道并非以某行星作为目的地，而以特定日心轨道为目标，收稿日期：2013—0722；修回日期：2014—0711作者简介：董泽政(1986一)，男，助理工程师，主要从事卫星轨道设计和数字化建设研究。由此产生实现的特殊性。目前，国内外对日心大倾角轨道设计方法的研究并不多，尤利西斯探测器的参考轨迹特征报告中有所提及，但仅限对轨道设计结果的描述，未提供可行的设计方法[1’5]。本文对日心大倾角轨道的实现方

7、式和借力方案进行了分析，研究了步轨道设计方法。1日心大倾角轨道实现方式分析地球直接发射和不同行星借力方式下实现日心大倾角轨道对运载能力的要求和可能性。考虑地球直接发射的方式，如图1所示。以黄道面夹角60。～90。为目标倾角，从地球直接发射，所需速度增量Avl≈[√老‰cos一。J2Wp可sini。]1．(1)式中：岸为太阳引力常数；rp为Et标轨道近点日心上海航天AEROSPACESHANGHAI第31卷2014年第6期地球直接发射图l地球直接发射进入日心大倾角轨道Fig．1Geometryofla

8、rgerinclinationheliocentricorbitlaunchedfromearthdirectly距；r。为目标轨道远点日心距；i为目标轨道倾角；秽。为地球公转速度，据此得到地球直接发射C。与r。，i的关系如图2所示。图中：C。为地球逃逸速度口。的平方。由图2可知：若从地球直接发射，实现日心大倾角轨道的C。需求为700～1400km2／s2，远超出目前运载火箭的实际能力，即目前技术条件下从地球直接发射进入日心大倾角轨道是不可行的。应考虑通过行星借力方式