【摘 要】
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随着科学技术的发展和航天技术的进步,人类已经开始把目光投向遥远的深空。无论是先天下之忧而忧的小行星防御,还是对未知科学充满好奇的小行星探测。都少不了对小行星动力学特性的研究,本文对不规则小行星附近的引力场和周期轨道等相关问题进行了研究。对不规则小行星来说,由于其复杂的外形导致其附近的引力场分布非常不规则,越靠近小行星表面引力变化越剧烈,如何准确快速的计算小行星附近的引力加速度,对小行星抵近探测具有
【机 构】
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中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心)
【出 处】
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中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心)
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随着科学技术的发展和航天技术的进步,人类已经开始把目光投向遥远的深空。无论是先天下之忧而忧的小行星防御,还是对未知科学充满好奇的小行星探测。都少不了对小行星动力学特性的研究,本文对不规则小行星附近的引力场和周期轨道等相关问题进行了研究。对不规则小行星来说,由于其复杂的外形导致其附近的引力场分布非常不规则,越靠近小行星表面引力变化越剧烈,如何准确快速的计算小行星附近的引力加速度,对小行星抵近探测具有重要的实际意义。目前,常见的不规则引力场建模方法中,在通用性、计算速度、计算精度、适用范围和额外存储量等指标上,表现各有优劣。本文提出了一种能够兼顾这几项指标的更加均衡的引力加速度快速估计方法——PTK方法,并以不规则小行星433Eros为例,分别对以上五个指标进行了数值仿真,通过仿真结果证明了PTK方法可以在保证通用性和全局性的基础上,以极小的存储代价实现对不规则小行星附近引力加速度快速精准的估计。不规则小行星附近的周期轨道,是帮助我们了解小行星附近动力学特性的一个新的视角,其中首先要解决的是如何快速且全面的找到小行星附近的周期轨道。本文提出一种创新的周期轨道搜索策略,即通过参数空间内随机化粗略搜索获得周期轨道的初值猜想;再利用遗传算法在初值猜想附近区间进行精细搜索,找到周期轨道的初值。同样以Eros小行星为对象,以PTK方法延伸出的引力加速度快速估计方法为基础,数值仿真得到了小行星433Eros附近的几组周期轨道类型以及空间分布规律。并引入太阳引力和光压力,分析了摄动力作用下不同轨道的变化。他山之石可以攻玉,本文以OSIRIS-REx任务为研究对象,探究其科学目标与任务规划,并对任务轨道进行了复现,旨在为我国未来的小天体探测任务提供一定的参考。研究了OSIRIS-REx航天器在小行星Bennu附近两段不同高度的环绕轨道的动力学环境和主要摄动力来源,将PTK方法与实际工程任务相结合,探究了不同采样模型对PTK方法计算精度的影响。通过数值仿真,展现了PTK方法在不规则小行星抵近探测任务中用于轨道预报时,表现出的又快又准的优异性能。
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