一种面向限制性三体问题的轨道-姿态运动模态构建方法

针对平动点附近的具有强非线性和耦合性的轨道-姿态动力学机理分析,以及如何利用其动力学特性完成相关任务操作等问题,提出了基于Floquet理论的轨道-姿态运动模态构建方法,并探讨了所构建模态的典型应用。首先,在平动点轨道-姿态周期解的基础上,对轨道-姿态状态转移矩阵进行分块,根据分块矩阵特征值特点,建立了姿态模态和姿轨耦合模态,与轨道模态共同构成完整的轨道-姿态运动模态。然后,对模态特性进行了相空间分析。最后,以平动点相对轨道-姿态运动解析、平动点轨道-姿态稳定性控制和平动点轨道附近姿轨编队设计为应用案例,相应数值仿真表明了所提出模态的正确性,以及在典型航天任务设计与控制中的应用价值。

受摄三体问题研究

圆型限制性三体问题模型忽略了摄动因素的影响,在很多情况下不能足够准确地描述三体系统的动力学性质。本文研究了考虑摄动影响的三体问题的动力学性质及其轨道设计。首先分析了运行在平动点附近的卫星所受的主要摄动因素;然后从系统在惯性坐标系中的动力学方程出发,推导了会合坐标系中考虑偏心率、第四体引力以及太阳光压摄动影响的一般动力学方程;最后使用两层微分修正方法将圆型限制性三体问题模型下设计的轨道转换到受摄三体问题模型下。

一种计算三体问题周期轨道的新方法

针对三体问题周期轨道计算方法存在计算量大、改变雅可比能量和局限于计算特定周期轨道等不足,本文提出了一种计算周期轨道的新方法。首先建立了一种初始点和投影点关系的改进型庞加莱截面图,能够更直观地反映随着初始点改变周期轨道的演变和分叉;其次基于改进的庞加莱截面图,通过初始点与投影点的对应关系筛选出可能存在周期轨道的候选区间;然后在该候选区间内利用状态转移矩阵给出距离周期轨道初始点真实解非常接近的初始猜想;最后采用打靶法求解能够快速得到周期轨道的数值解。本文方法不需要改变三体系统的雅可比能量,迭代次数少,能够快速计算得到大范围、具有x轴对称性的周期轨道。以地月圆形限制性三体问题为例进行仿真,验证了该方法的快速性和有效性。

圆型限制性三体问题中双脉冲地月转移轨道设计研究

基于圆型限制性三体问题模型(CR3BP),提出了一种用于设计双脉冲地月转移轨道的微分数值计算方法。通过分析地月转移过程中航天器的初始和末端状态,利用Newton-Raphson迭代法推导转移轨道的微分校正方程,并采用periapsis截面来估计转移轨道的初始状态;然后以估计的初始状态作为迭代初值,经过微分校正方程的迭代得到准确的初始状态,完成双脉冲地月转移轨道的设计,并解决了空间CR3BP多个未知参数的问题。因此,该方法不仅适用于平面CR3BP,也适用于空间CR3BP的双脉冲转移轨道设计。数值计算结果表明,该方法能有效地进行双脉冲地月转移的数值计算。另外,双脉冲地月轨道和月地返回地球的轨迹是关于x-z平面镜像。

圆型限制性三体问题下Halo-绕月轨道的星间测距定轨

在传统星座自主定轨中,SST(satellite to satellite tracking)可以同时提供轨道的大小、形状和星座相对方位信息,但不能确定星座的绝对定向。针对这一亏秩问题,联合圆型限制性三体模型CRTBP(circle restricted three bodyproblem)下的一种平动点周期轨道-Halo轨道飞行器,与二体问题轨道卫星组成扩展星座。利用两种力模型的特性差异,可以去除星座系统上的相关性,避免星座的整体旋转,从而确定星座的全部轨道状态参量。分析Halo轨道的力模型及性态特点,从系数矩阵的相关性角度讨论引进Halo轨道对定轨法矩阵正定性的改善作用,利用地月系L1平动点附近的Halo轨道与月球低轨卫星(LMO)的星间链路,在理想CRTBP框架下进行自主定轨仿真。初步验证了LMO-Halo星座定轨可行性,为开展附加平动点轨道的星座SST定轨提供了参考依据。

光引力限制性三体问题的平动点

本文研究两个主星体的质量缩减因子ｑ＿，ｑ＿２∈（－∞，１］的光引力限制性三体问题。文中给出一种平动点的个数估计和位置计算的分析方法。结果表明对于不同的ｑ＿１和ｑ＿２可有１～７个平动点。作为应用，文末还讨论了太阳系类似彗尾尘埃物质的运动。

地月三体问题下L1-地球低能转移轨道设计

针对地月拉格朗日L1点流形无法到达地球附近的问题,介绍了基于扰动流形的L1-地球转移轨道设计方法,首先构造了扰动流形的参数化形式,通过搜索四维参数空间,给出了多种经过数值优化的转移轨道,在总结数值仿真结果的基础上提出采用轨道角动量定性分析轨道转移机理的方法,明确了L1-地球转移轨道的设计应以降低轨道角动量为目标,克服了以往优化方法搜索的盲目性,揭示了转移轨道所依据的动力学特征,最后给出了基于轨道转移机理设计的低能转移轨道,证明了该方法的有效性.

基于圆型限制性三体问题模型的行星卫星逃逸能量研究

基于由飞行器、行星及其卫星组成圆型限制性三体问题模型,通过庞加莱映射的方法,研究了飞行器从行星卫星附近逃逸的问题。在Jacobi常数确定的前提下,通过逆向积分,飞行器从L1或L2点附近返回近月点,得到近月点速度出发速度。研究结果表明绕飞L1点和L2点逃逸行星卫星需要的最低能量是不同的,从月球表面逃逸所需的速度脉冲分别比开普勒算法节省46.5m/s和42.3m/s,且均小于Villac等人在Hill模型下得到38.9m/s,从而改进了Villac等人的相关工作,同时也给出了从太阳系主要行星卫星表面逃逸所需的最小能量。

三体问题的一种初等解

质量不同的3个质点,只在相互之间的万有引力作用下,可以选取合适的初始条件,使得运动过程中,3个质点始终保持在旋转变化正三角形3个顶点上.数值计算验证了理论预言,并给出这种三体运动周期解轨迹图形.

圆型限制性三体问题中双恒星系统的存在性

在圆型限制性三体问题的研究中 ,研究较多的是在其中一体附近的运动 .本文研究远离两个大质量恒星的行星的运行情况 .在此范围内 ,使用 KAM理论研究大振幅轨道的存在性 ,说明了星系中双恒星系统的存在性 ,而这一现象已被天文学家所观察到 .

限制性三体问题共线平动点相流结构研究

首先提出一种基于角度-距离坐标的Poincare截面表示方法,从而使截面坐标与相空间状态点具有一一对应的关系。基于这种方法,研究了共线平动点不变流形附近相流所独有的扭转特性。为了克服流形管道破裂的问题,通过设计一种打靶方法,计算并分析了相流长期演化的转移特性。充分利用这些相流的特性,可用来指导深空探测器的轨道设计,得到能量消耗更少的探测器飞行轨道。

限制性三体问题共线平动点轨道近似解析解

随着深空探测成为航天领域的研究热点,与其密切相关的三体问题基础研究也日益重要,尤其是在深空探测任务设计中处于基础地位的共线平动点附近运动的研究,更是具有重要的工程应用价值。在圆型限制性三体问题下,对共线平动点附近运动近似解析解的研究已经较为全面,但在更接近真实情况、更具一般性的椭圆型限制性三体问题下,相应的研究却相对较少。针对此背景,参考借鉴圆型限制性三体问题的研究方法,首先根据平动点的特性计算出平动点的位置,然后将非线性三体动力学模型在共线平动点处线性化,最后结合线性系统理论,获得了椭圆型限制性三体问题下共线平动点附近运动的近似解析解,并将其与经典的圆型限制性三体问题下的近似解析解进行对比分析,仿真结果证明了方法的有效性,同时也表明所推导的椭圆型限制性三体问题解析解相比圆型限制性三体问题解析解具有更高的精度。

中学物理解答限制性三体问题的讨论

有心力作用下的三体问题（three—1w）dyproblem）是物理学的难题，但一些特殊情况的三体和限制性三体问题也常出现在中学物理习题中．本文通过两道高考题的分析，提出限制性三体在特定参考系中转化为中学物理问题的条件和结论．

一个三体问题的解法

应用两次广义坐标变换，将彼此间由弹性力作用的三体问题的拉格朗日函数简化为两个独立的谐振子的拉格朗日函数之和，在理论上提供了解决此三体问题的方法．

基于同伦方法三体问题小推力推进转移轨道设计

提出一种基于同伦方法限制性三体问题小推力推进转移轨道设计方法。首先根据最优控制原理分析了航天器在轨道转移中不同性能指标时的最优控制律,然后引入同伦参数构造新的性能指标,在基于遗传算法和打靶法得到能量最优的解基础上,采用伪弧长法跟踪同伦轨迹,进而得到燃料最优的转移轨道。最后对地月系下从GEO轨道到L1点Lyapunov轨道的转移轨道进行优化。仿真结果表明:利用遗传算法能优化得到较为合适的流形拼接点和协态变量初始值,利用打靶法能有效地优化得到小推力燃料最优转移轨道。

考虑一个主体有强辐射的限制性三体问题平动点的线性稳定性

给出了考虑一个主体有强辐射的圆型限制性三体问题三角平动点的线性稳定域,讨论了辐射压对经典圆型限制性三体问题三角平动点的线性稳定性的影响,并讨论了直线平动点的存在性和稳定性。

限制性电荷三体问题的建模与计算

对一个限制性电荷三体系统进行了几何学和动力学分析,在非惯性系下进行了简化,建立了动力学模型,并得到相应的微分方程,最后用数值方法与解析方法相结合对模型进行了求解.

三体问题一类特解的初探

通过对三体问题的拉格朗日类特解的进一步分析,发现在改变速度初始值情况下存在3类解析解,并用数学软件MathCAD2001对其进行了数值模拟.

考虑一个主星有辐射作用的限制性三体问题

在通常的限制性三体问题中 ,考虑一个主星m1 的辐射作用后 ,小天体m的运动会有变化 ,但辐射作用与引力作用不同 ,其作用的大小与承受辐射压的客体的有效面质比有关 .当主星m1 辐射较强 ,小天体m的有效面质比较大时 ,这种辐射作用不可忽视 ,例如太阳光压对人造地球卫星运动的影响 .除此之外 ,如果另一主星m2 的有效面质比亦较大 ,则情况更复杂一些 .考虑运动小天体和另一主星m2 均受主星m1 辐射作用的情况 ,从严格的数字模型着手建立相应的基本方程 ,讨论辐射作用对质心旋转坐标系中积分的存在和平衡解的影响 .在主星m1辐射不是特别强和另一主星m2 的有效面质比不是很大的情况下 。

Melnikov方法和圆型平面限制性三体问题的横截同宿研究

本文对由两自由度近可积哈密顿系统经非正则变换而得到的,具有高阶不动点的非哈密顿系统给出了判别横截同宿轨和横截异宿轨存在性的两条判据。对原二体质量比很小时近可积圆型平面限制性三体问题,采用本文判据证明存在横截同宿轨,从而存在横截同宿穿插现象;还在一定假设下证明了存在横截异宿轨;并给出了全局定性相图。