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行星三体引力摄动对卫星探测器大气制动的影响

江玲 王悦 徐世杰

江玲, 王悦, 徐世杰等 . 行星三体引力摄动对卫星探测器大气制动的影响[J]. 北京航空航天大学学报, 2018, 44(4): 759-764. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0249
引用本文: 江玲, 王悦, 徐世杰等 . 行星三体引力摄动对卫星探测器大气制动的影响[J]. 北京航空航天大学学报, 2018, 44(4): 759-764. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0249
JIANG Ling, WANG Yue, XU Shijieet al. Effect of planet's third-body gravitational perturbation on aerobraking of moon's explorer[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2018, 44(4): 759-764. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0249(in Chinese)
Citation: JIANG Ling, WANG Yue, XU Shijieet al. Effect of planet's third-body gravitational perturbation on aerobraking of moon's explorer[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2018, 44(4): 759-764. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0249(in Chinese)

行星三体引力摄动对卫星探测器大气制动的影响

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0249
详细信息
    作者简介:

    江玲  女, 博士研究生。主要研究方向:航天器动力学与控制

    王悦  男, 博士, 副教授。主要研究方向:航天飞行动力学、深空探测、空间碎片减缓

    徐世杰  男, 博士, 教授, 博士生导师。主要研究方向:航天器动力学与控制、鲁棒控制和深空探测

    通讯作者:

    王悦, E-mail: ywang@buaa.edu.cn

  • 中图分类号: V412.4+.1

Effect of planet's third-body gravitational perturbation on aerobraking of moon's explorer

More Information
  • 摘要:

    考虑行星引力在其卫星探测器大气制动过程中的显著摄动,建立了基于Milankovitch参数的平均轨道动力学模型并对土卫六探测器进行仿真。首先,将轨道参数转换为无奇异的Milankovitch参数,考虑探测卫星的大气阻力、扁率摄动以及行星引力摄动,建立了半解析轨道方程。其次,以土卫六探测器为对象,选择不同的土星初始方位角进行有大气和无大气情况下的数值仿真,并进行比较分析。结果表明,土星初始方位角的选择会引起土卫六大气制动轨道偏心率和近拱点高度在不同范围内震荡,极大地影响大气制动效果。

     

  • 图 1  大气制动过程中卫星、探测器和行星的几何关系示意图

    Figure 1.  Sketch map of geometric relation among moon, explorer and planet during aerobraking

    图 2  偏心率变化率与土星相对于轨道拱线的方位角近似关系

    Figure 2.  Approximation of eccentricity variation with respect to azimuth between Saturn and apse line

    图 3  不考虑大气阻力,土星初始方位角分别为30°、40°、50°时轨道偏心率、近拱点高度曲线

    Figure 3.  Curves of eccentricity and periapsis height withinitial azimuth of Saturn choices of 30°, 40° and 50°, when atmospheric drag is excluded

    图 4  土星初始方位角分别为30°、40°、50°时大气制动过程中轨道偏心率、近拱点高度和远拱点高度曲线

    Figure 4.  Curves of eccentricity, periapsis height and apoapsis height with initial azimuth of Saturn choices of 30°, 40° and 50°, during aerobraking

    表  1  仿真参数

    Table  1.   Simulation parameters

    参数 数值
    土卫六引力系数/(km3·s-2) 2.218 7×1010
    土卫六平均半径/km 2 575.5
    扁率 5.044 6×10-6
    土星引力系数/(km3·s-2) 3.792 098×107
    土卫六距土星距离/km 1.221 87×106
    土卫六偏心率 0
    黄赤交角/(°) 0
    探测器面值比/(m2·kg-1) 0.01
    初始近拱点高度/km 2 000
    初始近拱点处大气密度/(kg·km-3) 3.162 278×10-8
    标高/km 57.906
    探测器阻力系数 2.2
    初始远拱点高度/km 20 000
    初始轨道倾角/(°) 20
    初始升交点赤经/(°) 0
    近拱点幅角/(°) 0
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    表  2  不同土星初始方位角下大气制动参数

    Table  2.   Aerobraking parameters at different initial azimuth of Saturn

    土星初始方位角/(°) 仿真结束时的半长轴/km 最大热流率/(W·m-2) 大气制动经历时间/d
    30 13 559 0.134 5 200
    40 7 596.2 38.19 200
    50 2 694.5 3 331.7 22.66
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-04-25
  • 录用日期:  2017-06-16
  • 网络出版日期:  2018-04-20

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