火星探测器地火转移轨道设计中的多摄动影响与优化策略

本文主要探讨了多摄动因素对火星探测器地-火转移轨道设计的重要影响，发表于2011年的《测试技术学报》。作者杨亚非和袁幸伟来自哈尔滨工业大学控制与仿真中心，他们针对火星探测器从地球200公里高空发射到火星入轨点的整个过程中，着重进行了轨道任务分析和摄动因素的研究，特别是对近地轨道上火星探测器姿态受到的干扰力矩进行了深入的理论与仿真研究。 火星探测器在飞向火星的过程中，虽然摄动力相对于中心天体的引力而言通常微弱，但长时间的积累效应不容忽视。摄动因素，如地球、太阳和月球等大行星的引力相互作用，重力梯度，大气阻力以及太阳风等，都会对探测器的轨道产生影响，导致轨道偏离预期。因此，对这些摄动因素的理解和考虑对于精确设计转移轨道至关重要。 轨道摄动研究不仅涉及到轨道确定，即确定探测器在太空中的精确位置和速度，也包括观测预报，即预测探测器未来可能的轨道行为，以及轨道改进，通过调整策略来纠正偏离。通过优化摄动补偿策略，可以有效地找到最佳的轨道修正时机和位置，从而减少不必要的轨道修正次数，节约宝贵的燃料资源，这对于火星探测任务的成功执行具有极大的经济和科学价值。 论文的关键点集中在以下几个方面： 1. 火星探测器任务分析：研究了不同阶段的任务需求，包括数据传输、通信链路管理、能量管理等，这些都与轨道设计紧密相连。 2. 转移轨道设计：分析了如何在考虑到摄动因素的前提下，设计出最有效、最节省资源的轨道路径。 3. 摄动因素识别与模拟：识别了主要的摄动源并进行了数值模拟，以便更好地理解和控制这些影响。 4. 姿态控制：研究了如何通过姿态控制系统抵消或减小摄动对火星探测器姿态的影响，确保其稳定运行。 这篇文章提供了一个深入理解火星探测器地-火转移轨道设计中摄动因素影响的重要窗口，对于提升航天工程实践中的轨道设计能力具有重要的学术和实际意义。