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结合低推力推进和不变流形轨道捕获近地天体,解决日地环形限制三体问题。 (英语) Zbl 1409.70007号

小结:本文研究了一种将低推力推进纳入不变流形技术的近地物体捕获方法。假设拖船航天器与候选小行星处于交会状态,目标是将联合航天器-类固醇系统带到太阳-地球受限三体系统的选定周期轨道:轨道可以是平动点周期轨道(LPO)或远进周期轨道(DPO)环绕地球。具体而言,低推力推进用于将联合航天器-类固醇系统从初始状态带到属于与最终周期轨道相关的稳定流形的点:从这里开始,由于采用的物理模型的固有动力学,飞行完全是弹道飞行。引入了专用制导和捕获装置,以利用低推力推进与稳定流形轨迹的组合使用,旨在确定可行的首猜解。然后,制定了一个最优控制问题来细化和改进它们。这种方法可以实现一类新的任务,这些任务的解既不能通过补丁子程序方法获得,也不能通过经典的不变流形技术获得。

MSC公司:

2015年1月70日 天体力学
34立方厘米45 常微分方程的不变流形
70层10 \(n\)-身体问题
70平方米 轨道力学

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奥的斯
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全文: 内政部

参考文献:

[1] Abell,P.,Barbee,B.W.,Mink,R.G.,Adamo,D.R.,Alberding,C.M.,Mazanek,D.D.等人:近地小行星近地物体人类太空飞行可及目标研究(NHATS)清单:确定未来探索的潜在目标。In:AAS/行星科学司会议摘要,第44卷(2012)
[2] Anderson,R.L.,Lo,M.W.:不变流形在低推力弹道设计中的作用。J.吉达。控制动态。32, 1921-1930 (2009) ·数字对象标识代码:10.2514/1.37516
[3] Augustine,N.R.、Austin,W.M.、Bajmuk,B.I.、Chiao,L.、Chyba,C.、Crawley,E.F.等人:寻求一个值得伟大国家的人类太空飞行计划。美国国家航空航天局美国载人航天计划委员会综述(2009年)
[4] Baoyin,H.X.,Chen,Y.,Li,J.F.:捕获近地天体。Astron.研究。天体物理学。10(6), 587 (2010) ·doi:10.1088/1674-4527/10/6/008
[5] Belbruno,E.:月球捕获轨道,一种构建地球-月球轨道和月球气体任务的方法。收录:论文AIAA 87-1054,第19届AIAA/DGLR/JSASS国际电力推进会议记录,科罗拉多州科罗拉多斯普林斯(1987)
[6] Belbruno,E.:从不变流形和Hill’s区域的角度来看,四体问题中弹道月球捕获转移的动力学机制。In:西班牙巴塞罗那Recerca Matematica中心技术报告(1994)
[7] Belbruno,E.:天体力学中的捕获动力学和混沌运动:在构建低能传输中的应用。普林斯顿大学出版社,普林斯顿(2004)·Zbl 1057.70001号
[8] Belbruno,E.,Miller,J.:太阳扰动下的地月传输和弹道捕获。J.指南。控制动态。16, 770-775 (1993) ·doi:10.2514/3.21079
[9] Betts,J.T.:轨迹优化数值方法综述。J.指南。控制动态。21, 193-207 (1998) ·Zbl 1158.49303号 ·数字对象标识代码:10.2514/2.4231
[10] Bombardelli,C.,Urrutxua,H.,Galvez,A.,Carnelli,I.:siroco小行星偏转演示仪。摘自:第22届AAS/AIAA太空飞行力学会议记录,北卡罗来纳州查尔斯顿(2012)·Zbl 1223.70091号
[11] Brasser,R.,Wiegert,P.:类地球轨道上的小行星及其起源。周一。不是。R.阿斯顿。Soc.386(4),2031-2038(2008)·Zbl 1283.60057号 ·doi:10.1111/j.1365-2966.2008.13146.x
[12] Brophy,J.,Friedman,L.,Culick,F.等人:小行星检索可行性研究。凯克空间研究所、加州理工学院喷气推进实验室(2012年)·Zbl 0776.49015号
[13] Brophy,J.R.、Gershman,R.、Landau,D.、Yeomans,D.、Polk,J.、Porter等人:小行星返回任务可行性研究。收录于:AIAA论文2011-5665,第47届AIAA/ASME/SAE/ASEE联合提案会议记录和附件(2011年)
[14] Bryson,A.E.,Ho,Y.C.:应用最优控制。威利,纽约(1975年)
[15] Chesley,S.R.、Chodas,P.W.、Milani,A.、Valsecchi,G.B.、Yeomans,D.K.:量化潜在地球撞击带来的风险。伊卡洛斯159(2),423-432(2002)·doi:10.1006/icar.2002.6910
[16] Conley,C.C.:受限三体问题中的低能轨道。SIAM J.应用。数学。16, 732-746 (1968) ·Zbl 0197.21105号 ·数字对象标识代码:10.1137/0116060
[17] Dellnitz,M.、Junge,O.、Post,M.和Thiere,B.:关于高能效低推力弹道的Venus-set定向计算目标。最神圣的。机械。动态。阿童木。95, 357-370 (2006) ·Zbl 1219.70067号 ·doi:10.1007/s10569-006-9008-y
[18] Dellnitz,M.、Padberg,K.、Post,M.和Thiere,B.:不变流形的面向集合的近似:天体动力学问题的概念回顾。美国仪器物理。确认程序。886, 90-99 (2007) ·Zbl 1183.85002号
[19] Demeyer,J.,Gurfil,P.:使用流形理论转移到遥远的逆行轨道。J.指南。控制动态。30(5), 1261-1267 (2007) ·数字对象标识代码:10.2514/1.24960
[20] Dunham,D.,Farquhar,R.:平动点任务,1978-2002。摘自:《平动点轨道和应用国际会议论文集》,西班牙吉罗纳(2002)
[21] Enright,P.J.,Conway,B.A.:使用直接转录和非线性编程对最优轨迹进行离散近似。J.指南。控制动态。15, 994-1002 (1992) ·Zbl 0776.49015号 ·数字对象标识代码:10.2514/3.20934
[22] Farquhar,R.W.,Muhonen,D.P.,Richardson,D.L.:地球光环轨道飞行器的任务设计。J.太空船。火箭队。14, 170-177 (1977) ·文件编号:10.2514/3.57176
[23] García-Yárnoz,D.,Sánchez,J.P.,McInnes,C.R.:近地天体群体中易于检索的物体。最神圣的。机械。动态。阿童木。116(4), 367-388 (2013) ·doi:10.1007/s10569-013-9495-6
[24] Gómez,G.,Mondelo,J.M.:围绕rtbp共线平衡点的动力学。物理学。D 157、283-321(2001)·Zbl 0990.70009号 ·doi:10.1016/S0167-2789(01)00312-8
[25] Gómez,G.,Masdemont,J.,Mondelo,J.M.:平动点轨道:从动力学角度的调查。摘自:平动点轨道和应用国际会议记录(2002年)
[26] Gómez,G.,约旦,阿拉巴马。,Masdemont,J.,Simó,C.:从地球到围绕平衡点l1的晕轨道转移的研究。最神圣的。机械。动态。阿童木。56, 239-259 (1993) ·Zbl 0780.70007号 ·doi:10.1007/BF00696185
[27] Gómez,G.,Koon,W.S.,Lo,M.W.,Marsden,J.E.,Masdemont,J.,Ross,S.D.:不变流形,空间三体问题和空间任务设计。高级宇航员。科学。109, 3-22 (2001)
[28] Gómez,G.,Llibre,J.,Martínez,R.,Simó,C.:共线平动点案例,第一卷:基本原理。振动点附近的动力学和任务设计。《世界科学》,伦敦(2001)·Zbl 0971.70004号
[29] Greenstreet,S.,Ngo,H.,Gladman,B.:地球轨道内近地物体的轨道分布。伊卡洛斯217(1),355-366(2012)·doi:10.1016/j.icarus.2011.11.010
[30] Hargraves,C.,Paris,S.:使用非线性规划和搭配进行直接轨迹优化。J.指南。控制动态。10, 338-342 (1987) ·Zbl 0634.65052号 ·doi:10.2514/3.20223
[31] Hasnain,Z.,Lamb,C.A.,Ross,S.D.:捕获地球周围的近地小行星。《宇航员学报》。81(2), 523-531 (2012) ·doi:10.1016/j.actaastro.2012.07.029
[32] Hénon,M.:限制问题的数值探索。v.阿斯顿。天体物理学。1, 223-238 (1969) ·Zbl 0177.27703号
[33] Herman,A.L.,Conway,B.A.:最佳低推力地月轨道转移。J.指南。控制动态。21(1), 141-147 (1998) ·Zbl 0916.70017号 ·doi:10.2514/2.4210
[34] Howell,K.,Ozimek,M.:地月系统中的低推力转移,包括对平动点轨道的应用。收录:论文AAS 07-343,AAS/AIAA天体动力学专家会议记录,密歇根州麦基纳克岛(2007)·Zbl 0634.65052号
[35] Howell,K.C.,Barden,B.T.,Lo,M.W.:动力学系统理论在平动点任务轨迹设计中的应用。J.宇航员。科学。45(2), 161-178 (1997)
[36] 亚利桑那州Jorba。,Masdemont,J.:受限三体问题共线点中心流形的动力学。物理学。D 132189-213(1999)·Zbl 0942.70012号 ·doi:10.1016/S0167-2789(99)00042-1
[37] 川口,J.,藤原,A.,上木,T.:隼鸟的技术和科学成就aummary和隼鸟-2。《宇航员学报》。62(10), 639-647 (2008) ·doi:10.1016/j.actaastro.2008.01.028
[38] Kluever,C.A.,Pierson,B.L.:最佳低推力三维地月轨道。J.指南。控制动态。18(4), 830-837 (1995) ·数字对象标识代码:10.2514/3.21466
[39] Koon,W.S.,Lo,M.W.,Marsden,J.E.,Ross,S.D.:起源轨迹和异宿关系。收录:论文AAS 99-451,AAS/AIAA天体动力学专家会议记录,阿拉斯加州格德伍德(1999)·Zbl 0990.70009号
[40] Koon,W.S.,Lo,M.W.,Marsden,J.E.,Ross,S.D.:天体力学中周期轨道和共振跃迁之间的异宿联系。《混沌》10,427-469(2000)·Zbl 0987.70010号 ·doi:10.1063/1.166509
[41] Koon,W.S.,Lo,M.W.,Marsden,J.E.,Ross,S.D.:向月球的低能传输。最神圣的。机械。动态。阿童木。81, 63-73 (2001) ·Zbl 0995.70009号 ·doi:10.1023/A:1013359120468
[42] Koon,W.S.,Lo,M.W.,Marsden,J.E.,Ross,S.D.:在木星卫星之间构建低能传输。康斯坦普。数学。292, 129-145 (2002) ·Zbl 1022.70013号 ·doi:10.1090/conm/292/04919
[43] 劳雷塔,D.S.,OSIRIS-Rex团队:关于OSIRIS-Rex小行星样本返回任务的概述。摘自:月球和行星研究所科学会议摘要(2012年)·Zbl 1183.85002号
[44] Llibre,J.,Martínez,R.,Simó,C.:受限三体问题中与Lyapunov族周期轨道在l_2l_2附近相关的不变流形的超越性。J.差异。埃克。58, 104-156 (1985) ·兹比尔0594.70013 ·doi:10.1016/0022-0396(85)90024-5
[45] Lo,M.W,Chung,M.J.:月球样本通过行星际高速公路返回。载于:论文AIAA 2002-4718,AIAA/AAS天体动力学专家会议记录,加利福尼亚州蒙特雷(2002)·兹比尔1219.70067
[46] Lo,M.W.,Parker,J.S.:近地不稳定共振轨道及其在行星任务中的应用。收录:论文2004-5304,AIAA/AAS天体动力学专家会议记录和展览,普罗维登斯,RI(2004)·Zbl 0197.21105号
[47] Lu,E.T.,Love,S.G.:牵引小行星的重力牵引车。《自然》438(7065),177-178(2005)·doi:10.1038/438177a
[48] Martin,C.,Conway,B.A.,Ibánöez,P.:空间流形动力学。柏林施普林格出版社(2010年)
[49] Michel,P.,Zappalá,V.,Cellino,A.,Tanga,P.:地球和太阳轨道上演化的阿滕斯和小行星的估计丰度。伊卡洛斯143(2),421-424(2000)·doi:10.1006/icar.1999.6282
[50] Ming,X.,Shijie,X.:探索绕月球的遥远逆行轨道。《宇航员学报》。65(5-6), 853-860 (2009) ·doi:10.1016/j.actaastro.2009.03.026
[51] Mingotti,G.:高度非线性天体动力学中的轨道设计与优化。意大利米兰理工大学博士论文(2010年)
[52] Mingotti,G.,Gurfil,P.:混合低推力不变流形转移到火星周围遥远的前进轨道。J.指南。控制动态。33, 1753-1764 (2010) ·数字对象标识代码:10.2514/1.49810
[53] Mingotti,G.,Topputo,F.:月球之路:一项调查。收录:论文AAS 11-283,第21届AAS/AIAA太空飞行力学会议记录,洛杉矶新奥尔良(2011)·Zbl 1229.37113号
[54] Mingotti,G.,Topputo,F.,Bernelli-Zazzera,F.:地球-月球晕轨道的最佳低推力和稳定流形轨道组合。美国仪器物理。确认程序。886, 100-110 (2007) ·Zbl 1223.70091号
[55] Mingotti,G.,Topputo,F.,Bernelli-Zazzera,F.:低能量、低推力传输到月球。最神圣的。机械。动态。阿童木。105、61-74(2009年a)·Zbl 1223.70091号 ·doi:10.1007/s10569-009-9220-7
[56] Mingotti,G.,Topputo,F.,Bernelli-Zazzera,F.:设计低能、低推力太阳扰动传输到月球的数值方法。附:以色列特拉维夫-海法第49届以色列航空航天科学年会会议记录(2009b)·兹比尔1223.70091
[57] Mingotti,G.,Topputo,F.,Bernelli Zazzera,F.:地球-火星转移,弹道逃逸和低推力捕获。最神圣的。机械。动态。阿童木。119169-188(2011年a)·Zbl 1270.70073号 ·doi:10.1007/s10569-011-9343-5
[58] Mingotti,G.,Topputo,F.,Bernelli-Zazzera,F.:通过可实现集的最优低推力不变流形轨迹。J.指南。控制动态。34、1644-1655(2011年b)·Zbl 1270.70073号 ·数字对象标识代码:10.2514/1.52493
[59] Ocampo,C.A.,Rosborough,G.W.:地球遥远逆行轨道器的转移轨道。NASA STI/Recon技术报告A,95(1993)·Zbl 0177.27703号
[60] Ozimek,M.T.,Howell,K.C.:地月系统中的低推力转移,包括平动点轨道的应用。J.指南。控制动态。33(2), 533-549 (2010) ·数字对象标识代码:10.2514/1.43179
[61] Pierson,B.L.,Kluever,C.A.:优化低推力地月轨道的三阶段方法。J.指南。控制动态。17, 1275-1282 (1994) ·doi:10.2514/3.21344
[62] Sánchez,J.P.,Colombo,C.:小型动能冲击器的冲击危险防护效率。J.太空船。火箭队。50(2), 380-393 (2013) ·doi:10.2514/1.A32304
[63] Sánchez,J.P.,McInnes,C.R.:近地空间小行星资源图。J.太空船。火箭队。48(1),153-165(2011a)·数字对象标识代码:10.2514/1.49851
[64] Sánchez,J.P.,McInnes,C.R.:关于利用弹道捕获小行星以实现资源利用。摘自:南非开普敦第62届国际宇宙航行大会会议记录(2011年b)
[65] Sánchez,J.P,García-Yárnoz,D.,Alessi,E.M.,McInnes,C.R.:小行星回收任务的引力捕获机会。In:意大利那不勒斯第63届国际宇宙航行大会会议记录(2012a)
[66] Sánchez,J.P,García-Yárnoz,D.,McInnes,C.R.:近地小行星资源可及性和未来捕获任务机会。参加:华盛顿特区全球空间探索会议(2012年b)·Zbl 1223.70091号
[67] Scheeres,D.J.,Schweickart,R.L.:移动小行星的力学。摘自:2004年行星防御会议:保护地球免受小行星的影响,加利福尼亚州加登格罗夫,第23-26页(2004)
[68] Schoenmaekers,J.,Horas,D.,Pulido,J.A.:智能-1:利用太阳能电力推进月球。在:第16届空间飞行动力学国际研讨会论文集,加利福尼亚州帕萨迪纳(2001)
[69] Senent,J.、Ocampo,C.、Capella,A.:不稳定周期轨道的低推力可变特定脉冲传输和制导。J.指南。控制动态。28280-290(2005年)·数字对象标识代码:10.2514/1.6398
[70] Starchville,T.F.:地球-月球l_2l_2晕轨道的最佳低推力轨道(圆形问题)。天体动力学19971741-1756(1997)
[71] Sukhanov,A.,Eismont,N.:低推力转移到太阳-地球l1和l2点,推力方向受到限制。摘自:平动点轨道和应用国际会议记录(2002年)
[72] Szebehely,V.:轨道理论:三体的限制问题。纽约学术出版社(1967)·Zbl 1372.70004号
[73] 托普托,F.:低推力非开普勒轨道:分析、设计和控制。意大利米兰理工大学博士论文(2007年)
[74] Topputo,F.、Vasile,M.、Bernelli-Zazzera,F.:针对l1双曲轨道的地月低能传输。《纽约科学院年鉴》1065,55-76(2005a)·doi:10.1196/annals.1370.025
[75] Topputo,F.,Vasile,M.,Bernelli-Zazzera,F.:利用受限三体问题的不变流形进行低能行星际转移。J.宇航员。科学。53、353-372(2005年b)
[76] Whiffen,G.J.,Sims,J.A.:sdc最优控制算法在低推力逃逸和捕获弹道优化中的应用。高级宇航员。科学。112, 1361-1382 (2002)
[77] Yang,G.:利用太阳能推进优化地月轨道。下巴。J.航天员。20(5), 452-463 (2007) ·doi:10.1016/S1000-9361(07)60067-3
[78] Zagouras,C.,Markellos,V.V.:希尔问题中平衡点周围的三维周期解。最神圣的。机械。35(3), 257-267 (1985) ·Zbl 0573.70003号 ·doi:10.1007/BF01227656
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