《相空間結構相關理論及在任務設計中的套用》是依託南京大學，由雷漢倫擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：相空間結構相關理論及在任務設計中的套用
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：雷漢倫
- 依託單位：南京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
相空間結構的相關理論在深空探測軌道設計、太陽系動力學及物質輸運等過程中有著重要的套用。為揭示多體系統相空間結構，針對不變流形轉移理論、拉格朗日相干結構及弱穩定邊界結構等基本理論進行研究，探討它們之間的內在動力學聯繫，進一步拓展在深空探測中的套用。考慮到平動點轉移軌道在平動點任務及其拓展任務設計中的重要性，擬從軌道族的角度出發，研究多體系統下平動點轉移軌道，並探討轉移軌道族的演化特點，著重闡明演化過程中分岔現象的動力學機制。基於以上理論研究結果，擬針對地球Trojan天體2010 TK7為探測目標，結合多種節能轉移技術，最佳化設計在燃料消耗、轉移時間等指標表現較優的轉移軌道，為實際任務設計提供新思路。
結題摘要
相空間結構的相關理論在深空探測、太陽系動力學及物質輸運等過程中有著重要的套用。為了揭示多體系統相空間結構，從平動點軌道理論、空間周期軌道、平運動共振、長期動力學等角度進行系統研究，並探索了相空間結構理論在深空探測任務設計中的套用。在平動點軌道理論方面，基於不變流形的方法，建立了圓型限制性三體系統下共線和三角平動點附近周期軌道的多項式形式解，並考察在小推力存在情況下共線平動點附近人工不變流形的高階分析解，為平動點任務的標稱軌道計算提供了新的分析方法。在空間周期軌道方面，研究了多體系統下具備共振躍遷、圍繞次主天體任意多圈等特點的特殊周期軌道，該類空間軌道可作為巡迴型空間任務的理想標稱軌道；此外，以地-月系(不穩定)共振周期軌道作為目標軌道，探索了藉助月球引力輔助並結合目標軌道不變流形動力學性質的低能量轉移軌道，比直接轉移節省300-400 m/s的燃料消耗。在平運動共振方面，我們針對高傾角小天體，提出了採用平運動共振的共振特徵角(而非單一的共振角)來描述共振；基於攝動函式的級數展開，建立了描述共振特徵角變化的多諧波單擺模型，探討了共振中心、穩定性、寬度以及相圖隨偏心率和傾角的變化關係，分析結果與前人的數值計算完全一致。為了研究小天體在多體系統下的長期演化，我們分別就中等攝動和強攝動兩種情況，在等級式構型的框架下，引入了攝動天體軌道周期修正以及測試粒子軌道周期修正項，建立了非常精確的長期演化模型，能完美重現非平均模型的數值演化趨勢；在修正長期演化模型下，我們探討了Kozai共振的動力學結構。最後，以地球Trojan天體2010 TK7為探測目標，設計了多天體引力輔助的多脈衝及小推力轉移方案。項目系統研究了多體系統下相空間結構理論，為空間任務等的實際套用提供了理論參考。
