一种考虑目标天体影响球的借力飞行仿真方法

摘要

一种考虑目标天体影响球的借力飞行仿真方法，针对借力目标天体引力影响球大小与探测器飞行距离之比较大时，忽略借力目标天体影响球内探测器的运动会带来较大分析误差的不足，本方法将借力目标天体的影响球简化为球形，并将探测器在影响球内的运动简化为沿双曲线轨道的二体运动进行分析，该双曲线轨道与飞出影响球后探测器轨道采用圆锥曲线拼接法进行处理，完成对借力飞行前后的仿真分析工作，使仿真分析更接近探测器在空间的真实运动情况。

主权项

1.一种考虑目标天体影响球的借力飞行仿真方法，其特征在于步骤如下：(1)将借力目标天体影响球假设为球形，确定该影响球的半径r_influence及其与借力目标天体与惯性中心之间的平均距离r_{target_center}之比ratio；当ratio＞0.01时，考虑探测器在借力目标天体影响球内的运动，转步骤(2)，否则，忽略探测器在借力目标天体影响球内的运动，将探测器在惯性空间中的借力飞行前后的轨迹在拼接点处进行拼接仿真；(2)根据具体的发射任务，确定探测器在飞向借力目标天体的转移轨道在惯性坐标系下的初始位置及发射时间t₀；(3)假设探测器在借力目标天体影响球内的轨道为双曲线轨道，根据指定的飞越借力目标天体时的轨道高度h_p，利用双曲线轨道特性，求解出探测器进入借力目标天体影响球时的惯性中心-借力目标天体中心连线与借力目标天体中心-探测器位置矢量之间的夹角λ₁，进而求出此时探测器的惯性位置矢量大小r₁；根据夹角λ₁和位置矢量大小r₁，求得此时的位置(4)根据发射能力或探测任务指定探测器在转移轨道上的耗时t₁，通过求解兰伯特问题，确定探测器发射及进入借力目标天体影响球时，在惯性坐标系下的速度矢量大小v₀、v₁；(5)利用借力目标天体的星历表、t₀及t₁，将探测器进入借力目标天体影响球时的惯性坐标系下的轨道根数，即步骤(4)中的速度矢量大小v₀、v₁转换为借力目标天体参考系下的轨道根数；(6)根据双曲线轨道运动特性，求解探测器在借力目标天体影响球内的轨道根数和运行的时间t₂；(7)利用探测器飞出目标天体影响球时的星历和坐标转换关系，得到探测器在飞出借力目标天体影响球时惯性坐标系下的轨道根数，以此为初始根数计算借力飞行后探测器的惯性轨道；(8)将步骤(6)求解得到的借力目标天体影响球内探测器的轨道根数转换为惯性参考坐标系下的轨道根数，得到惯性参考系下探测器在目标天体影响球内的运动轨道描述，并将其与借力飞行前后的惯性轨道进行圆锥曲线拼接，从而得到完整的借力飞行轨道，按照得到的完整的借力飞行轨道对探测器进行飞行仿真，模拟探测器在空间的运动情况。