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航天器非Keplerian运动的陀螺效应
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作者 李雪华 和兴锁 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2013年第12期1266-1274,共9页
为了满足未来复杂空间操作对机动的要求,需要深入研究非Keplerian(开普勒)轨道的理论和方法.根据航天器运动的进动现象与陀螺进动的相似性,分析并给出了航天器环绕地球运动的陀螺效应的定义;在航天器动力学方程的基础上,建立了陀螺效应... 为了满足未来复杂空间操作对机动的要求,需要深入研究非Keplerian(开普勒)轨道的理论和方法.根据航天器运动的进动现象与陀螺进动的相似性,分析并给出了航天器环绕地球运动的陀螺效应的定义;在航天器动力学方程的基础上,建立了陀螺效应的数学模型,进而分析了陀螺效应影响下航天器的运动规律,为空间机动的更好实现提供了一种非Keplerian轨道的理论和方法. 展开更多
关键词 keplerian轨道 空间机动 陀螺效应
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Linearized relative motion equations through orbital element differences for general Keplerian orbits 被引量:1
2
作者 Zhaohui Dang Hao Zhang 《Astrodynamics》 2018年第3期201-215,共15页
A new formulation of the orbital element-based relative motion equations is developed for general Keplerian orbits.This new solution is derived by performing a Taylor expansion on the Cartesian coordinates in the rota... A new formulation of the orbital element-based relative motion equations is developed for general Keplerian orbits.This new solution is derived by performing a Taylor expansion on the Cartesian coordinates in the rotating frame with respect to the orbital elements.The resulted solution is expressed in terms of two different sets of orbital elements.The first one is the classical orbital elements and the second one is the nonsingular orbital elements.Among of them,however,the semi-latus rectum and true anomaly are used due to their generality,rather than the semi-major axis and mean anomaly that are used in most references.This specific selection for orbital elements yields a new solution that is universally applicable to elliptic,parabolic and hyperbolic orbits.It is shown that the new orbital element-based relative motion equations are equivalent to the Tschauner–Hempel equations.A linear map between the initial orbital element differences and the integration constants associated with the solution of the Tschauner–Hempel equations is constructed.Finally,the presented solution is validated through comparison with a high-fidelity numerical orbit propagator.The numerical results demonstrate that the new solution is computationally effective;and the result is able to match the accuracy that is required for linear propagation of spacecraft relative motion over a broad range of Keplerian orbits. 展开更多
关键词 relative motion keplerian orbits orbital element linearized equations
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Horndeski引力时空中的准开普勒运动
3
作者 张豪 高玮 林文斌 《南华大学学报(自然科学版)》 2023年第6期56-60,共5页
Horndeski引力理论是标量张量修改引力理论中的集大成者。本文基于Horndeski引力度规张量,推导试验粒子在准开普勒运动中的二阶后牛顿解,以研究Horndeski引力中标量场对试验粒子准开普勒运动产生的效应。对Horndeski引力度规张量做二阶... Horndeski引力理论是标量张量修改引力理论中的集大成者。本文基于Horndeski引力度规张量,推导试验粒子在准开普勒运动中的二阶后牛顿解,以研究Horndeski引力中标量场对试验粒子准开普勒运动产生的效应。对Horndeski引力度规张量做二阶后牛顿近似展开,计算试验粒子的拉格朗日量、轨道能量以及角动量,由此表示的准开普勒运动的半长轴和偏心率。利用偏近点角和真近点角之间的关系,推导了准开普勒运动的运动方程和周期。 展开更多
关键词 后牛顿近似 准开普勒运动 Horndeski引力
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关于非开普勒轨道的讨论 被引量:8
4
作者 王萍 袁建平 范剑峰 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第1期37-41,66,共6页
讨论了非开普勒轨道问题的形成、提出及其应用。首先引述了开普勒三大定律,说明了其作为天文观测结果的创造性概括能够描述行星的运动学原理;然后提出了非开普勒轨道问题,它是人造卫星可控性的必然结果。叙述了典型的非开普勒轨道问题,... 讨论了非开普勒轨道问题的形成、提出及其应用。首先引述了开普勒三大定律,说明了其作为天文观测结果的创造性概括能够描述行星的运动学原理;然后提出了非开普勒轨道问题,它是人造卫星可控性的必然结果。叙述了典型的非开普勒轨道问题,包括航天器在单心引力场中的运动(即二体问题)和多心引力场中的运动(即多体问题),作为特例研究了螺旋变轨爬升轨道和悬挂轨道。最后提出了非开普勒轨道的应用,包括动能拦截问题,多星编队、组网与重构问题,系统整体组合优化机动问题等。 展开更多
关键词 轨道动力学 开普勒轨道 非开普勒轨道
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空间操作与非开普勒运动 被引量:14
5
作者 袁建平 朱战霞 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第1期42-46,共5页
通过总结过去五十年航天技术发展的特点,说明空间操作是未来空间活动的主流和必然。空间操作要求飞行器机动具有快速性、自主性、精确性以及大范围可达性。机动轨道不再是开普勒轨道,用于描述天体运动的开普勒理论已不能完全适用。提出... 通过总结过去五十年航天技术发展的特点,说明空间操作是未来空间活动的主流和必然。空间操作要求飞行器机动具有快速性、自主性、精确性以及大范围可达性。机动轨道不再是开普勒轨道,用于描述天体运动的开普勒理论已不能完全适用。提出了非开普勒运动的定义、内涵,对研究该问题的方法进行了探讨,提出了特例研究法和普遍研究法,最后提出了非开普勒运动的主要研究方向建议。所提出的非开普勒运动概念有助于更加深刻理解和研究空间机动的本质,可以牵引空间机动相关理论和技术的进一步发展,为新世纪航天技术发展奠定基础。 展开更多
关键词 空间操作 轨道机动 开普勒运动 非开普勒运动
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航天器共振轨道研究 被引量:4
6
作者 陈记争 袁建平 朱战霞 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第1期82-86,共5页
建立航天器非开普勒运动理论是航天技术发展的必然。提出了一类非开普勒轨道——共振轨道。共振是自然界的一种普遍现象,当发生共振时,很小的输入可以使系统的状态产生较大变化。研究表明航天器在推力作用下的非开普勒运动在参数平面内... 建立航天器非开普勒运动理论是航天技术发展的必然。提出了一类非开普勒轨道——共振轨道。共振是自然界的一种普遍现象,当发生共振时,很小的输入可以使系统的状态产生较大变化。研究表明航天器在推力作用下的非开普勒运动在参数平面内可以视为一种受迫振动,也会发生共振现象。因此,可以利用共振原理来研究航天器的运动,称这样一类非开普勒轨道为共振轨道。首先通过合理地选择轨道描述参数、时间尺度和推力描述方式建立航天器共振轨道的动力学模型。然后讨论航天器在推力作用下轨道运动的振动规律,并给出共振轨道的概念及轨道方程。最后提出基于共振轨道的机动轨道设计方法。 展开更多
关键词 共振轨道 轨道机动 准推力 非开普勒轨道
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空间非开普勒轨道分析与控制中的数学问题 被引量:4
7
作者 佘志坤 刘铁钢 郑志明 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第1期54-58,共5页
目前对非开普勒轨道分析和优化控制的研究相当热门。通过此研究,可以分析并实现卫星在非开普勒轨道间的自由跃迁,以达到预期目的,如侦探、反侦探、拦截、检修等。由于空间非开普勒轨道所表现出来的行为在数学上具有(类)动力学性质,基于... 目前对非开普勒轨道分析和优化控制的研究相当热门。通过此研究,可以分析并实现卫星在非开普勒轨道间的自由跃迁,以达到预期目的,如侦探、反侦探、拦截、检修等。由于空间非开普勒轨道所表现出来的行为在数学上具有(类)动力学性质,基于我们以前所取得的研究成果,我们对其进行了普适的数学建模(也就是构造了带参数和约束条件的(类)动力系统,亦即混杂系统)。在此数学模型的基础上,我们进一步发现侦探、反侦探、参数调整、延迟控制四个问题正好对应到混杂系统研究中的四个关键数学问题:稳定性分析问题、安全性验证问题、分支问题与鲁棒式控制问题。基于这一发现,我们还提出了如何分析这些问题的初步想法。 展开更多
关键词 非开普勒轨道 混杂系统 稳定性分析 安全性验证 分支理论 鲁棒式控制
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陀螺进动与强迫进动轨道 被引量:4
8
作者 曹静 袁建平 罗建军 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第3期406-411,共6页
陀螺进动与轨道进动现象的相似性归因于二者的动力学相似性.通过类比二者的动力学模型,提出了一类强迫进动轨道.若以圆轨道为初始轨道,通过施加常值法向力可以实现一种特殊的悬浮型强迫进动轨道.采用四元数建模方法求解了这种强迫进动... 陀螺进动与轨道进动现象的相似性归因于二者的动力学相似性.通过类比二者的动力学模型,提出了一类强迫进动轨道.若以圆轨道为初始轨道,通过施加常值法向力可以实现一种特殊的悬浮型强迫进动轨道.采用四元数建模方法求解了这种强迫进动轨道的进动规律,给出了解析表达式,据此分析了这种轨道的性质.分析结果表明这种强迫进动轨道与初始圆轨道在同一球面上,且与初始位置相切.其角速度为进动角速度与初始轨道角速度的合成,是一种悬浮轨道,即属于非开普勒轨道.悬浮轨道在地球观测、行星际科学、天文观测、无线电通讯以及地球工程等领域具有潜在应用前景.从强迫进动的角度出发所作的分析为悬浮轨道的实现提供了一种新途径. 展开更多
关键词 陀螺进动 强迫进动轨道 非开普勒轨道 悬浮轨道 四元数
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基于对数螺旋线的非开普勒轨道设计 被引量:4
9
作者 郑莉莉 袁建平 朱战霞 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第9期2075-2081,共7页
基于形状的方法为非开普勒轨道设计提供了一种全新的研究思路。在假定轨道形状为对数螺旋线的前提下设计了拦截轨道。首先通过无量纲化处理方法推导出了对数螺旋线轨道的地心距、极角随时间的变化率与轨道设计参数q的关系式;其次结合运... 基于形状的方法为非开普勒轨道设计提供了一种全新的研究思路。在假定轨道形状为对数螺旋线的前提下设计了拦截轨道。首先通过无量纲化处理方法推导出了对数螺旋线轨道的地心距、极角随时间的变化率与轨道设计参数q的关系式;其次结合运动方程,得到了飞行器沿对数螺旋线轨道运行时需要施加的推力加速度;接着分别针对初始轨道是圆和椭圆的情况进行机动轨道设计。给出了轨道设计的仿真算例和相关分析,结果表明对数螺旋线适宜于拦截轨道设计;当初始轨道为大偏心率椭圆时,采用此方法设计轨道,在一定相角范围内开始机动,可使飞行器运行时间短,且燃料消耗少。 展开更多
关键词 非开普勒轨道 轨道设计 对数螺旋线 拦截轨道
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地月空间DRO与HEO(3∶1/2∶1)共振轨道延拓求解及其稳定性分析 被引量:6
10
作者 彭超 温昶煊 高扬 《载人航天》 CSCD 北大核心 2018年第6期703-718,共16页
针对地月空间共振轨道延拓求解及稳定性分析问题,首先从远离与接近月球的地心开普勒共振轨道(月球公转周期与轨道周期符合1∶1、2∶1与3∶1的比例关系)得到圆形限制性三体模型中的两组轨道初值,然后通过增大与减小"近地点距"... 针对地月空间共振轨道延拓求解及稳定性分析问题,首先从远离与接近月球的地心开普勒共振轨道(月球公转周期与轨道周期符合1∶1、2∶1与3∶1的比例关系)得到圆形限制性三体模型中的两组轨道初值,然后通过增大与减小"近地点距"的延拓方法得到圆形限制性三体周期轨道族。研究发现:逆行绕月的远距逆向轨道(DRO)可由1∶1开普勒共振轨道延拓得到,延拓过程中轨道共振比从1∶1逐渐演变为2∶1与3∶1,并展现出明显的非开普勒轨道特性;另外,一类大偏心轨道(HEO)通过2∶1与3∶1地心开普勒共振轨道的延拓得到,但仍可看作受摄的开普勒轨道。采用周期轨道Monodromy矩阵的特征值分析了DRO和HEO的稳定性,同时描述了各自轨道运动特点,可为相关的空间应用任务设计提供理论依据。与此同时,澄清了不同参考模型中"共振比"的概念以及同一共振比可能对应不同类型共振轨道的现象。 展开更多
关键词 共振轨道 DRO HEO 稳定性 周期轨道 延拓 开普勒
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空间飞行器连续径向推力机动轨道研究 被引量:4
11
作者 周姜滨 袁建平 罗建军 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第1期67-71,共5页
在二体假设下对空间飞行器在径向推力作用下的机动轨道进行了研究。首先,在惯性坐标系中建立了空间飞行器在径向推力作用下的动力学方程,探讨了径向推力机动轨道的动量矩矢量和能量特性;然后推出了空间飞行器在径向推力作用下的逃逸条件... 在二体假设下对空间飞行器在径向推力作用下的机动轨道进行了研究。首先,在惯性坐标系中建立了空间飞行器在径向推力作用下的动力学方程,探讨了径向推力机动轨道的动量矩矢量和能量特性;然后推出了空间飞行器在径向推力作用下的逃逸条件,探讨了在圆轨道上运行的空间飞行器在连续常值径向推力作用下的三类机动轨道的特性,并给出了相应的算例及仿真计算结果;最后,研究了连续常值径向推力圆轨道,得出了空间飞行器在连续常值径向推力作用下沿圆轨道运行的条件,并与对应的等半径开普勒圆轨道和等角速度(等周期)开普勒圆轨道进行了比较。 展开更多
关键词 非开普勒轨道 机动轨道 连续常值径向推力圆轨道
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对数螺旋线非开普勒轨道的可行性分析 被引量:2
12
作者 郑莉莉 袁建平 朱战霞 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第1期31-35,共5页
提出了基于形状的非开普勒轨道设计方法,并分析了对数螺旋线轨道的应用可行性。首先在假定轨道形状的前提下,通过变量代换推导出了在极坐标系下一般曲线用于轨道设计的基本方程;然后分析了对数螺旋线表达式中的关键参数与航迹角的关系,... 提出了基于形状的非开普勒轨道设计方法,并分析了对数螺旋线轨道的应用可行性。首先在假定轨道形状的前提下,通过变量代换推导出了在极坐标系下一般曲线用于轨道设计的基本方程;然后分析了对数螺旋线表达式中的关键参数与航迹角的关系,得到了相应轨道的基本性质;最后对待定参数的对数螺旋线轨道应用的可行性进行了推导和分析,结果显示采用对数螺旋线设计非开普勒轨道是可行的,但仅适用于从椭圆初始轨道实现转移的情况。 展开更多
关键词 非开普勒轨道 轨道设计 基于形状 对数螺旋线 可行性
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基于傅立叶平均法下的连续小推力动力学分析 被引量:1
13
作者 冯维明 李源 苗楠 《固体火箭技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第3期285-289,295,共6页
通过将小推力展开为偏近点角的傅立叶级数,并对高斯摄动方程在一个轨道周期上的平均,将原方程的推力转化为仅由14个傅立叶系数表示的控制变量。仿真计算表明,平均化后的高斯方程使计算量与牛顿积分相比显著减少,且对小推力而言有足够的... 通过将小推力展开为偏近点角的傅立叶级数,并对高斯摄动方程在一个轨道周期上的平均,将原方程的推力转化为仅由14个傅立叶系数表示的控制变量。仿真计算表明,平均化后的高斯方程使计算量与牛顿积分相比显著减少,且对小推力而言有足够的精度。对利用平均化后的高斯方程计算轨道根数时产生误差的原因进行了研究,并进一步分析小推力的范围和小推力近似表达式对上述误差的影响,为今后小推力下非开普勒轨道动力学分析提供了理论依据和参数。 展开更多
关键词 傅立叶级数 连续小推力 平均法 高斯方程 动力学分析 非开普勒轨道
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航天器开普勒轨道和非开普勒轨道的定义、分类及控制 被引量:3
14
作者 孙承启 《空间控制技术与应用》 2009年第4期1-5,47,共6页
给出了航天器开普勒轨道(KO)和非开普勒轨道(NKO)的来源、定义、分类和特点,阐明了KO和NKO之间的关系,介绍了相关的轨道控制与轨道确定、制导与导航的涵义.
关键词 开普勒轨道 非开普勒轨道 轨道分类 轨道控制 轨道确定
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临近空间乘波体飞行器弹跳瞬间特性研究 被引量:1
15
作者 李海林 吴德伟 《导弹与航天运载技术》 北大核心 2012年第3期6-10,共5页
以临近空间乘波体飞行器弹跳瞬间的特性为研究对象,论证临近空间乘波体飞行器飞行轨迹属于非开普勒轨道的研究范畴;推导基于非开普勒轨道的该飞行器巡航段和再入段的动力学方程,研究弹跳瞬间临近空间乘波体飞行器的位置矢量求解问题;进... 以临近空间乘波体飞行器弹跳瞬间的特性为研究对象,论证临近空间乘波体飞行器飞行轨迹属于非开普勒轨道的研究范畴;推导基于非开普勒轨道的该飞行器巡航段和再入段的动力学方程,研究弹跳瞬间临近空间乘波体飞行器的位置矢量求解问题;进而论述弹跳瞬间特性,提出弹跳系数的概念,最后进行仿真分析,结果表明临近空间乘波体飞行器弹跳瞬间有明显的拐点特性并且加速度必须满足一定的条件才能弹跳,所得结论对临近空间乘波体飞行器弹跳飞行的研究具有一定的参考价值。 展开更多
关键词 非开普勒轨道 临近空间乘波体飞行器 巡航段 再入段 弹跳系数
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牛顿引力平方反比定律的发现 被引量:5
16
作者 鲁大龙 《自然科学史研究》 CSCD 1994年第1期50-59,共10页
本文回溯了牛顿早期动力学思想发展的主要线索及其研究的具体过程,深入探究牛顿有关引力平方反比定律发现的认识论根源,指出:牛顿“跨越”离心力定律,应用自己的“(1/2)R公式”和推广的伽利t2定律,并结合开普勒周期定律,... 本文回溯了牛顿早期动力学思想发展的主要线索及其研究的具体过程,深入探究牛顿有关引力平方反比定律发现的认识论根源,指出:牛顿“跨越”离心力定律,应用自己的“(1/2)R公式”和推广的伽利t2定律,并结合开普勒周期定律,在1669年前得到圆轨道上的意向力平方反比关系;牛顿在1679年才认识到开普勒面积定律的物理意义,在成文于1680年的《论椭圆轨道》原始手稿中解决开普勒命题,即证明椭圆轨道上的引力平方反比定律。 展开更多
关键词 牛顿引力理论 平方反比定律
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开普勒二体系统的修正和统一的Runge-Lenz矢量 被引量:4
17
作者 周国全 《物理与工程》 2014年第5期35-39,共5页
基于平方反比有心力系统的特性,并在二体运动系统等效的单体描述基础上,给出了开普勒二体系统的Runge-Lenz矢量的修正和统一的表达形式,尤其是通过恒等变换推导出该矢量的一种等效的张量积表达形式.研究表明,开普勒二体系统的RungeLenz... 基于平方反比有心力系统的特性,并在二体运动系统等效的单体描述基础上,给出了开普勒二体系统的Runge-Lenz矢量的修正和统一的表达形式,尤其是通过恒等变换推导出该矢量的一种等效的张量积表达形式.研究表明,开普勒二体系统的RungeLenz矢量是由两质点相对于质心系的能动张量与相对位矢构成;给出了其守恒性的统一的数学证明;罗列并证明了该矢量的一些性质,并基于该守恒矢量讨论了质点作各类开普勒运动的判据. 展开更多
关键词 Runge-Lenz矢量(隆格-楞次矢量) 开普勒运动 万有引力 库仑力 有心力
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基于非开普勒轨道的高超声速临近空间飞行器自主天文导航研究 被引量:2
18
作者 李海林 吴德伟 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第6期874-880,共7页
针对航天器自主导航方法不适合高超声速临近空间飞行器的问题,研究了基于非开普勒轨道的高超声速临近空间飞行器自主天文导航方案.论述了基于非开普勒轨道的自主天文导航机理,通过对高超声速临近空间飞行器受力分析,建立了动力学方程;... 针对航天器自主导航方法不适合高超声速临近空间飞行器的问题,研究了基于非开普勒轨道的高超声速临近空间飞行器自主天文导航方案.论述了基于非开普勒轨道的自主天文导航机理,通过对高超声速临近空间飞行器受力分析,建立了动力学方程;利用矢量倒数法则推导出空间运动方程;设计了基于非开普勒轨道的状态模型和基于星光折射间接敏感地平的观测模型,采用卡尔曼滤波进行了仿真验证.仿真结果表明,基于非开普勒轨道的高超声速临近空间飞行器自主天文导航可达到较高的位置和速度精度. 展开更多
关键词 非开普勒轨道 高超声速临近空间飞行器 天文导航 星光折射间接敏感地平
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深空探测器运行轨道的基本性态 被引量:2
19
作者 刘林 侯锡云 《飞行器测控学报》 2009年第2期1-8,共8页
要成功地发射一个深空探测器进入目标轨道,相应的运行过程基本上涉及3个阶段:近地停泊轨道运行段、转移轨道的过渡段和进入目标天体的绕飞段。它们各自的运行状态和相应的数学模型有所差别,特别是转移轨道段的运行特征与绕飞段的卫星轨... 要成功地发射一个深空探测器进入目标轨道,相应的运行过程基本上涉及3个阶段:近地停泊轨道运行段、转移轨道的过渡段和进入目标天体的绕飞段。它们各自的运行状态和相应的数学模型有所差别,特别是转移轨道段的运行特征与绕飞段的卫星轨道的典型特征之间的重大差别,在深空探测任务中受到广泛的重视,如平动点利用中的晕(Halo)轨道和引力加速的节能过渡等。然而,就太阳系而言,这些不同轨道之间有一共同的基本性态,那就是都可以用在牛顿万有引力定律制约下的开普勒轨道(或变化的开普勒轨道)来刻画。本文将针对上述不同运行段轨道对应的数学模型、研究方法和结果,结合我们所做的工作进行综述。 展开更多
关键词 深空探测器 二体问题 圆型限制性三体问题 开普勒轨道 平动点 晕轨道 节能过渡
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Trajectory optimization and applications using high performance solar sails 被引量:1
20
作者 Xiangyuan Zeng,~(a)) Junfeng Li,~(b)) Hexi Baoyin,and Shengping Gong School of Aerospace,Tsinghua University,Beijing 100084,China 《Theoretical & Applied Mechanics Letters》 CAS 2011年第3期1-7,共7页
The high performance solar sail can enable fast missions to the outer solar system and produce exotic non-Keplerian orbits.As there is no fuel consumption,mission trajectories for solar sail spacecraft are typically o... The high performance solar sail can enable fast missions to the outer solar system and produce exotic non-Keplerian orbits.As there is no fuel consumption,mission trajectories for solar sail spacecraft are typically optimized with respect to flight time.Several investigations focused on interstellar probe missions have been made,including optimal methods and new objective functions. Two modes of interstellar mission trajectories,namely 'direct flyby' and 'angular momentum reversal trajectory',are compared and discussed.As a foundation,a 3D non-dimensional dynamic model for an ideal plane solar sail is introduced as well as an optimal control framework.A newly found periodic double angular momentum reversal trajectory is presented,and some properties and potential applications of this kind of inverse orbits are illustrated.The method how to achieve the minimum periodic inverse orbit is also briefly elucidated. 展开更多
关键词 solar sail non-keplerian orbit angular momentum reversal time optimal control
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