The invention discloses a method for optimizing the design of Jupiter probe's flight orbit by means of force, which comprises the following steps: setting the flight sequence as earth earth Jupiter, establishing an elliptical earth and Jupiter analytical ephemeris model in plane; designing a resonance emission algorithm between the probe and the earth to ensure that the probe leaves the earth according to a given resonance ratio, and establishing a deep space plane by using Lambert algorithm The transfer orbit model of moving to the earth by force, setting the height of the earth by force, establishing the transfer orbit model after the earth by force; defining the angle increment of the earth's plane approach point at the moment of earth's force and the moment of launch as the phase angle increment, aiming at the launch window of a certain year, taking the launch time, resonance ratio and phase angle increment as the optimization variables, constructing the multi-layer nesting optimization strategy. The invention can accurately guess the initial value of the optimization variable, effectively improve the robustness and rapidity of Jupiter detection transfer orbit optimization, and provide a fast and effective analysis method for rapid analysis of the launch window and orbit optimization design.
【技术实现步骤摘要】
一种木星探测借力飞行轨道优化设计方法
本专利技术涉及到深空探测轨道
,尤其涉及到一种木星探测借力飞行轨道设计方法。
技术介绍
木星是太阳系内拥有最大自然卫星系统的行星,目前已发现67颗卫星,其中质量最大的4颗称为伽利略卫星。木星探测有助于人们研究太阳系起源、演化,寻找地外天体的生命形态,揭开生命诞生之谜。木星及其卫星探测成为了美国、日本和欧洲等宇航大国的中长期战略目标。历史上,人们对木星进行了多次探测,但是多数仅限于飞越探测,例如先驱者10号和11号、旅行者1号和2号、卡西尼-惠更斯号以及新视野号等探测任务,探测程度相当有限。截止至今,人们仅对木星进行了两次环绕探测任务,分别是1989年发射的伽利略号探测器和2011年发射的朱诺号探测器。近年来,世界宇航大国纷纷提出了多项探测任务,计划对木星及其卫星进行近距离探测。例如,ESA正在筹划的木星冰卫星探测任务将多次利用木卫三、木卫四进行轨道倾角调整和减速,首次在一次任务中同时实现木星和木卫三的环绕探测;NASA和ESA合作的“联合欧罗巴任务”计划对木卫二(欧罗巴)开展环绕探测,同时计划在木卫二表面释放一个着陆器,用于探测生命物质。借力飞行,也称引力辅助或者近旁转向,是木星探测的关键技术之一,对木星探测轨道设计和任务规划具有重要意义。借力飞行一方面可降低运载发射能力要求,减少探测器的工质消耗;另一方面使得一些原本不可能实现的任务变为可能,同时可顺访其它天体,增加科学回报。借力飞行轨道设计包括借力序列搜索和轨道设计(也称路径搜索和路径求解),前者进行借力天体的选 ...
【技术保护点】
1.一种木星探测借力飞行轨道优化设计方法,其特征在于,包括如下步骤:/n步骤1、设定飞行序列为地球-地球-木星,建立平面内椭圆型的地球和木星解析星历模型;/n步骤2、设计探测器与地球共振发射算法,确保探测器按照给定的共振比发射离开地球;利用兰伯特算法,建立深空机动到地球借力的转移轨道模型;设定地球借力飞越高度,建立地球借力后的转移轨道模型;/n步骤3、定义地球借力时刻和发射时刻地球的平近点角增量为相位角增量,针对某一年的发射窗口,以发射时刻、共振比和相位角增量为优化变量,构建多层嵌套优化策略。/n
【技术特征摘要】
1.一种木星探测借力飞行轨道优化设计方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤1、设定飞行序列为地球-地球-木星,建立平面内椭圆型的地球和木星解析星历模型;
步骤2、设计探测器与地球共振发射算法,确保探测器按照给定的共振比发射离开地球;利用兰伯特算法,建立深空机动到地球借力的转移轨道模型;设定地球借力飞越高度,建立地球借力后的转移轨道模型;
步骤3、定义地球借力时刻和发射时刻地球的平近点角增量为相位角增量,针对某一年的发射窗口,以发射时刻、共振比和相位角增量为优化变量,构建多层嵌套优化策略。
2.根据权利要求1所述一种木星探测借力飞行轨道优化设计方法,其特征在于:步骤1具体包括:
步骤101:以某一历元时刻的轨道根数为基准,设定地球和木星的轨道倾角为零,建立平面内椭圆型的地球和木星解析星历模型;
步骤102:在该星历模型的基础上,进一步构建分别以历元时刻和行星平近点角为独立变量的星历差模型;
步骤103:设定借力序列为地球-地球-木星,在转移过程仅施加一次深空机动,且位于探测器发射后的地球-地球转移轨道段。
3.根据权利要求2所述一种木星探测借力飞行轨道优化设计方法,其特征在于:步骤2具体包括:
步骤201:对于给定的发射时刻t0,设计探测器与地球共振发射算法,确保探...
【专利技术属性】
技术研发人员:郑艺裕,宋君强,王京士,李绿萍,黄欣,宋效正,
申请(专利权)人:上海卫星工程研究所,
类型:发明
国别省市:上海;31
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