基于金星借力的黄道面外日冕探测器轨道设计.pdf

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1、上海航天AEROSPACESHANGHAI第31卷2014年第6期文章编号：1006-1630(2014)06—0022—04基于金星借力的黄道面外日冕探测器轨道设计李涧青1，高长生1，郑建华2，荆武兴1(1．哈尔滨工业大学航天学院，黑龙江哈尔滨150001；2．中国科学院空间科学与应用研究中心，北京100080)摘要：针对向太阳高纬发射日冕探测器科学任务，对借金星引力探测器轨道设计进行了研究。用圆锥曲线拼接法给出了地球逃逸轨道参数中的升交点赤径和近地点幅角的解析解，保证了快速设计轨道。分析数组飞往金星的日心过渡轨道

2、发现：首次飞入金星影响球前探测器日心轨道偏心率较大，是保证多次借金星引力提高倾角的关键；当探测器日心轨道偏心率接近零时，借力后轨道倾角不会继续提高。设计了与金星轨道周期相等的三次金星借力轨道，倾角最终达到黄纬20。以上。关键词：轨道设计；兰伯特问题；借力飞行；日冕探测器中图分类号：V476．4文献标志码：AOrbitDesignofSolarCoronalMassEjectionsProbewithVenusGravity-AssistLIJian—qin91，GAOChang—shen91，ZHENGJian—hu

3、a2，JINGWu—xin91(1．SchoolofAerospace，HIT，Harbin150001，Heilongjiang，China；2．CenterforSpaceScienceandAppliedResearch，CAS，Beijing100080，China)Abstract：Aimtothesciencetaskoflaunchingsolarcoronalprobe，thedesignofVenusgravity-assistedtrajectories(VGT)tothehighlatitude

4、ofthesunarepresentedinthispaper．Basedonthepatched—conictheory，theanalyticsolutionoftherightascensionofthesatelliteascendingnodeandtheargumentofperigeeintheearthescapephasewasderived．SomecharacteristicorbitsfromtheearthtOtheVenuswereanalyzed．Theresultsshowedthat

5、theeccentricity．whichwasbeforethefirstVGT，shouldbeasbigaspossibletOgetahighinclination，whichwouldnotincreaseastheeccentricityapproachestOzero．ThesimulationresultswithmultipleVGTshowedthattheinclinationoftheobjectiveorbitrelativetOtheeclipticcouldreachtoabove20。

6、viathreeVGAflybys．Keywords：Orbitdesign；LambertproblemGravity-assist；Coronalprobe0引言观测日冕，通常是将日冕仪放在火箭、轨道天文台、天空实验室上进行大气外观测。随着空间探索事业的发展，科学家更希望得到黄道面外的观测数据。直接向黄道面外直接发射日冕探测器需消耗更多的燃料。借用行星引力提高轨道倾角，可节省燃料。1990年发射的Ulysses探测器，通过木星引力辅助变轨后，形成了太阳极轨探测器，但其巡航时间长，目标轨道距太阳远，轨道周期长，导致

7、日冕观测效果不佳阻3I。为改善该弊端，可选用内行星作为借收稿日期：2013—01—30；修回日期：2013-05—18作者简介：李涧青(1989一)，男，硕士生，主要研究方向为飞行器动力学与控制。力体。与木星相比，一次借用内行星引力无法达到大倾角，必须设计多次借力方案。欧空局计划2013年发射SolarOrbiter探测器n“]。通过控制探测器进入金星影响球方位，使借力后轨道周期是金星轨道周期的2／3，达到多次借力目的。有文献给出了Ulysses，SolarOrbiter探测器的轨道参数，但并未给出设计该类探测器轨道

8、应遵循的规律。此外，对某深空探测器轨道设计，文献[7—8]采用圆锥曲线拼接法获得了部分地心逃逸轨道参数；文献[9]通过空间几何示意图分析了逃逸轨道参数问的关系，但并未见有文献给出升交点赤径和近地点幅角的解析解。本文对多次借金星引力设计大倾角日冕探测器轨道进行了研究。第31卷2014年第6期李涧青，等：基于金星借力的黄道面外日冕探测器轨道设计1数