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三角平动点在深空探测中的应用前景

天文学进展 2009年第2期27卷 174-182页

作者：刘林侯锡云南京大学天文系南京210093 南京大学空间环境与航天动力学研究所南京210093

与共线平动点不同,圆型限制性三体问题中的两个三角平动点在一定条件下,无论是线性意义下还是非线性意义下,都是稳定的,其附近存在着周期与拟周期轨道,在深空探测中有应用前景.该文首先简单介绍三角平动点附近运动的动力学特征,然后以... 详细信息

与共线平动点不同,圆型限制性三体问题中的两个三角平动点在一定条件下,无论是线性意义下还是非线性意义下,都是稳定的,其附近存在着周期与拟周期轨道,在深空探测中有应用前景.该文首先简单介绍三角平动点附近运动的动力学特征,然后以日-(地+月)系和地-月系两个三体系统为例,进一步阐述真实引力模型下三角平动点附近的运动状态,最后以这两个三体系统为例,探讨了三角平动点探测器的发射和定点轨道控制问题.

关键词：圆型限制性三体问题三角平动点周期轨道共线平动点不变流形

探测器定点在日—地+月系三角平动点附近的轨道控制

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宇航学报 2009年第1期30卷 145-149,204页

作者：侯锡云刘林南京大学天文系南京210093 南京大学空间环境与航天动力学研究所南京210093

日—地+月系统的三角平动点相对两个中心天体不变的几何构型使得它们可以作为某些特殊探测器的放置场所。尽管在圆型限制性三体问题下三角平动点附近的运动是稳定的,在探测器的实际运行过程中,由于其它天体的摄动,轨道控制仍是需要的。... 详细信息

日—地+月系统的三角平动点相对两个中心天体不变的几何构型使得它们可以作为某些特殊探测器的放置场所。尽管在圆型限制性三体问题下三角平动点附近的运动是稳定的,在探测器的实际运行过程中,由于其它天体的摄动,轨道控制仍是需要的。根据三角平动点的动力学特征对探测器定点在日—地+月系统的三角平动点附近的轨道保持问题作了相应的研究。

关键词：天体力学限制性三体问题三角平动点周期轨道轨道控制

基于非线性关系分析的三角平动点周期轨道构建方法研究

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基于非线性关系分析的三角平动点周期轨道构建方法研究

作者：翟冠峤北京工业大学

学位级别：硕士

三角平动点是圆型限制性三体问题中的五个平动解之一,其附近存在大量的周期轨道以及拟周期轨道,这些轨道存在的特殊的动力学特性及空间位置使其在轨道力学及深空探测中具有重要的理论研究意义及应用价值。本文针对圆型限制性三体问题中... 详细信息

三角平动点是圆型限制性三体问题中的五个平动解之一,其附近存在大量的周期轨道以及拟周期轨道,这些轨道存在的特殊的动力学特性及空间位置使其在轨道力学及深空探测中具有重要的理论研究意义及应用价值。本文针对圆型限制性三体问题中三角平动点附近的周期轨道进行动力学建模,通过Legendre展开法将周期轨道解析解展开至高阶,并且应用多项式展开的方法分别求解平面周期轨道及垂直周期轨道的高阶解析解,得到周期轨道各个运动方向之间的解析关系,与应用传统摄动方法得到的周期轨道进行对比;此外,利用非线性关系改进了微分修正算法中的约束条件,为分析其轨道动力学特性提供理论依据;应用数值方法分析了多项式展开法高阶解析解的准确性,分析了不同系统参数对轨道状态的影响。论文的研究内容分为如下几个部分:(1)圆型限制性三体模型:应用圆型限制性三体模型,将小天体的深空运动简化为有两个主要力源的圆型限制性三体问题,将计算问题时所采用的计算单位归一化,得到小天体运动的运动方程,为后文的求解分析提供理论依据。(2)平面周期轨道设计方法研究:从振动角度分析平面周期轨道,以地月系为例,通过Legendre展开法将周期轨道解析解展开至高阶,应用多项式展开法构建出主坐标下平面周期轨道两个运动方向之间的渐近关系。从新的角度分析了系统的动力学特性和平面周期运动两个方向内在关联以及物理规律。这种多项式形式的关系式,可以作为约束条件用于数值微分修正算法中,通过迭代的方式寻找周期轨道,数值仿真算例验证了方法的正确性及精确性。应用多尺度法求解平面周期运动方程的二阶解析解,并与传统的摄动方法进行对比,验证了解析解的正确性。(3)平面周期轨道多项式展开解准确性分析与对比:将平面周期轨道多项式展开解扩展至高阶,求解高阶多项式展开解系数。将使用不同阶解所提供初值而得到的轨道进行对比,分析不同阶多项式展开解的准确性。改变初值,得到高阶多项式解的Jacobi积分分布和不变曲面分布,分析能量的分布情况。(4)垂直周期轨道设计方法研究:从振动角度分析垂直周期轨道,应用多项式展开法求解垂直周期轨道三个运动方向之间的解析关系,并得到垂直周期轨道三阶解析解。将文中得到的解析解与传统L-P法得到的周期轨道进行对比,验证了解析解的正确性。此外,根据解析关系应用数值微分修正设计垂直周期轨道。(5)垂直周期轨道多项式展开解准确性分析与对比:将垂直周期轨道多项式展开解扩展至高阶,求解高阶多项式展开解系数,将使用不同阶解所提供初值而得到的轨道进行对比,分析不同阶多项式展开解的准确性。改变初值,得到高阶多项式解的Jacobi积分分布,分析其能量的分布情况。

关键词：平面圆型限制性三体问题三角平动点多项式展开法微分修正

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日地三角平动点航天器编队飞行控制

日地三角平动点航天器编队飞行控制

作者：殷雅婷安徽大学

学位级别：硕士

深空环境中的航天器编队飞行任务具有广阔的应用前景,已成为航天工程界的研究热点之一。日地系统中的三角平动点作为深空中的稳定平衡区域,具备极其稳定的热力学环境和全方位的观测视野,可成为执行复杂空间任务的理想平台。鉴于航天器... 详细信息

深空环境中的航天器编队飞行任务具有广阔的应用前景,已成为航天工程界的研究热点之一。日地系统中的三角平动点作为深空中的稳定平衡区域,具备极其稳定的热力学环境和全方位的观测视野,可成为执行复杂空间任务的理想平台。鉴于航天器编队和三角平动点的优势,本文研究日地三角平动点附近航天器编队飞行动力学与控制问题,具有重要的理论价值和现实意义。首先,建立日地三角平动点附近航天器编队飞行的动力学模型。以圆形限制性三体问题模型为基础,分析日地三角平动点的稳定性,构造三角平动点附近的任务轨道。日地三角平动点为稳定平衡点,本文相应地采用主从式编队构型,建立从航天器相对主航天器的非线性动力学模型。其次,以电推进系统作为从航天器推力系统,设计日地三角平动点附近航天器编队飞行控制策略。首先基于从航天器相对运动非线性动力学模型,设计积分滑模编队控制器。其次设计基于扩张状态观测器的积分滑模编队控制器,克服原控制器对系统模型的依赖,提高控制系统的鲁棒性。最后通过数值仿真实验,验证所设计控制器对于编队保持与重构控制的有效性。仿真实验证明,针对百公里级编队基线,基于扩张状态观测器的积分滑模控制器可以在只消耗少量燃料下,实现毫米级的编队控制精度,也能实现快速灵活的编队重构。最后,以太阳帆推进系统作为从航天器推力系统,设计日地三角平动点附近太阳帆编队飞行控制策略。太阳帆利用光压力作为推进动力,能够完全克服燃料质量对探测任务的限制。首先建立太阳帆光压力模型与日地三角平动点附近的太阳帆动力学模型。其次设计基于扩张状态观测器的积分滑模太阳帆编队控制器。最后通过数值仿真实验,验证所设计控制器对于太阳帆编队保持与重构控制的有效性。仿真实验证明,相比电推进航天器,太阳帆同样能够实现毫米级的编队控制精度与快速灵活的编队重构任务。

关键词：三角平动点航天器编队飞行电推进太阳帆积分滑模控制扩张状态观测器

三角平动点的动力学特征及其在月球探测中利用的可能性

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三角平动点的动力学特征及其在月球探测中利用的可能性

中国宇航学会深空探测技术专业委员会第四届学术年会

作者：刘林刘慧根南京大学天文系

限制性三体问题中的三角平动点 L和 L处于一个特殊位置,与两个大天体构成等边三角形, 而且这两个平动点是稳定的,不仅在线性意义下,即使在非线性意义下,只要满足一定条件都是如此,因此,在深空探测中似乎具有实用前景。本文对地月系的情... 详细信息

限制性三体问题中的三角平动点 L和 L处于一个特殊位置,与两个大天体构成等边三角形, 而且这两个平动点是稳定的,不仅在线性意义下,即使在非线性意义下,只要满足一定条件都是如此,因此,在深空探测中似乎具有实用前景。本文对地月系的情况,对相应的三角平动点的稳定状态以及在该点附近定位探测器的可能性作进一步的探讨,针对探测器在运行过程中对三角平动点的偏离应保持的范围, 寻找初始偏离状态(包括位置和速度)所允许的大小。研究表明,由于第四体(太阳)引力摄动太大,这种可能性几乎不存在,必须在运行过程中按偏离的规律进行轨控。

关键词：地月系三角平动点稳定范围月球探测

来源： cnki会议评论

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地-月系三角平动点附近小振幅运动的控制

深空探测研究 2009年第4期7卷 32-36页

作者：侯锡云刘林南京大学空间环境与航天动力学研究所南京210093

在实际的地-月系中，来自太阳和月球轨道偏心率的摄动，会破坏相应的圆型限制性三体问题模型中三角平动点的稳定性。研究表明，地-月系中的三角平动点附近不存在小振幅的自然运动，因此若需要探测器维持在三角平动点附近，需要不断的轨... 详细信息

在实际的地-月系中，来自太阳和月球轨道偏心率的摄动，会破坏相应的圆型限制性三体问题模型中三角平动点的稳定性。研究表明，地-月系中的三角平动点附近不存在小振幅的自然运动，因此若需要探测器维持在三角平动点附近，需要不断的轨道控制。本文首先对运动方程进行了分析，讨论了三角平动点附近运动的稳定性，然后提出了控制小振幅运动的方法，并作了数值模拟。

关键词：限制性三体问题三角平动点地-月系轨道控制

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地—月系三角平动点附近小振幅运动的控制

地—月系三角平动点附近小振幅运动的控制

受摄圆型限制性三体问题平动点渐近稳定性法则及应用

中国宇航学会深空探测技术专业委员会第六届学术年会暨863计划“深空探测与空间实验技术”重大项目学术研讨会

作者：侯锡云刘林南京大学天文系南京大学空间环境与航天动力学研究所

在实际的地—月系中,来自太阳和月球轨道偏心率的摄动,会破坏相应的圆型限制性三体问题模型中三角平动点的稳定性。研究表明,地—月系中的三角平动点附近不存在小振幅的自然运动,因此若需要探测器维持在三角平动点附近,需要不断的轨道... 详细信息

在实际的地—月系中,来自太阳和月球轨道偏心率的摄动,会破坏相应的圆型限制性三体问题模型中三角平动点的稳定性。研究表明,地—月系中的三角平动点附近不存在小振幅的自然运动,因此若需要探测器维持在三角平动点附近,需要不断的轨道控制。文章首先对运动方程进行了分析,讨论了三角平动点附近运动的稳定性,然后提出了控制小振幅运动的方法,并作了数值模拟。

关键词：限制性三体问题三角平动点地—月系轨道控制

来源： cnki会议评论

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南昌大学学报（理科版） 2011年第1期35卷 35-37页

作者：易云辉舒斯会江西科技师范学院数学与计算机科学学院江西南昌330013

利用著名的霍尔维茨(Hurwits)定理,得到了受摄圆型限制性三体问题平动点稳定的一个判别条件,并应用它讨论了与速度有关的外力摄动对圆型限制性三体问题三角平动点稳定性影响,改进了文[1-2]中的主要结论。

关键词：圆型限制性三体问题三角平动点稳定性