《非自治四體問題中的非線性軌道動力學與軌道最佳化研究》是依託北京理工大學，由祁瑞擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：非自治四體問題中的非線性軌道動力學與軌道最佳化研究
- 依託單位：北京理工大學
- 項目負責人：祁瑞
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
限制性三體問題模型與不變流形理論已經成功套用於深空探測軌道設計。由於模型精度的限制，通過不變流形拼接得到的軌道在真實環境下運行會產生誤差。這類誤差不僅阻礙了軌道設計的進一步開展，也會造成軌道發散，導致額外的燃料消耗。為此本項目將以限制性四體問題動力學和時間相關不變流形理論為主要理論基礎，以高精度和低燃耗為軌道設計標準，圍繞深空探測太空飛行器的軌道設計和最佳化方法進行系統深入的研究。主要研究內容：與萬有引力定律相合的高精度非自治四體問題模型建模，廣義擬雙橢圓模型下時間相關不變流形的零誤差、零機動拼接，地月轉移軌道全局結構研究與多目標最佳化。研究成果能夠闡明太空飛行器在高精度非自治引力場中的軌道運動特徵及其時間演化特性，以日地月系統為例揭示太空飛行器在四體模型下的轉移軌道全局結構，為我國嫦娥探月後期工程和月球以遠深空探測的軌道設計與最佳化提供理論基礎，促進我國航天技術的進步。
結題摘要
限制性三體問題模型與不變流形理論已經成功套用於深空探測軌道設計。由於模型精度的限制，通過不變流形拼接得到的軌道在真實環境下運行會產生誤差。這類誤差不僅阻礙了軌道設計的進一步開展，也會造成軌道發散，導致額外的燃料消耗。為此本項目以限制性四體問題動力學和時間相關不變流形理論為主要理論基礎，以高精度和低燃耗為軌道設計標準，圍繞深空探測太空飛行器的軌道設計和最佳化方法進行了系統深入的研究。首先，項目引入用於研究流動邊界層的拉格朗日逆序結構（Lagrangian coherent structure，LCS）工具，開發了非自治四體模型下LCS的計算和提取方法，進而利用LCS研究了四體模型相空間軌道轉移機制。其次，項目研究了四體模型下基於月球引力輔助的零誤差、零機動不變流形拼接轉移軌道設計方法，並通過數值延拓得到了轉移軌道在精確四體模型下的解。數值仿真表明，月球輔助轉移比傳統的基於單脈衝的流形拼接轉移軌道更省燃料。最後，在軌道高度、傾角、升交點赤經和飛掠角等約束下，採用微分修正法研究了轉移軌道拼接設計方法，通過擬合初值函式解決了初值敏感性問題，並得到不同約束條件下的燃料消耗與飛行時間變化特性。本項目研究成果能夠闡明太空飛行器在高精度非自治引力場中的軌道運動特徵及其時間演化特性，以日地月系統為例揭示太空飛行器在四體模型下的轉移軌道全局結構，為我國嫦娥探月後期工程和月球以遠深空探測的軌道設計與最佳化提供理論基礎，促進我國航天技術的進步。
