基礎 軌道力學的主要研究內容

2021-10-22 07:20:52 字數 2590 閱讀 3748

軌道力學的研究內容主要有軌道動力學軌道控制

軌道動力學研究太空飛行器質心在外力作用下的運動規律,基本公式為牛頓第二定律:

f =m

(1)\boldsymbol = m \boldsymbol} \tag

f=mr¨(

1)其中,r

\boldsymbol

r為太空飛行器相對於慣性系的位置向量,f

\boldsymbol

f為作用在太空飛行器上的外力,大部分研究基本上都是在這個外力上做文章。

n體問題是指找出已知初始位置、速度和質量的多個物體在經典力學情況下的後續運動。

軌道攝動:精確的理論軌道與簡化的理論軌道之差。此時,可以把式(1)

(1)(1

)寫為:

m r¨

=f0+

fp

(2)m \boldsymbol} = \boldsymbol_0 + \boldsymbol_p \tag

mr¨=f0

​+fp

​(2)

其中,f

0\boldsymbol_0

f0​為把中心天體看做勻質圓球時的萬有引力,f

p\boldsymbol_p

fp​為其他作用力,包括中心天體的非球形引力、其他天體的引力、大氣阻力、太陽輻射光壓等,稱為攝動力,一般有f0≫

fp

\boldsymbol_0 \gg \boldsymbol_p

f0​≫fp

​。不考慮f

p\boldsymbol_p

fp​時,即簡化的理論軌道,即二體軌道。

軌道確定是指利用測量資料確定太空飛行器軌道的過程。其步驟分為資料獲取與預處理、初軌確定、軌道改進等。軌道確定通常由航天飛行控制中心完成。太空飛行器軌道確定的理論最初來自天體力學。早期天體力學中軌道確定的物件是自然天體。天體力學中小行星軌道的確定方法和原理基本上都可以用於太空飛行器的軌道確定。與自然天體的軌道確定相比,太空飛行器飛行中運動角速度大,測控網測量它的資料種類多、數量大,一般測控網都配置了高速度、大容量的計算機用於軌道測定,因此就形成了適應這些特點的太空飛行器軌道確定理論和方法,以滿足航天工程對軌道確定的高精度和實時性強的要求。

資料獲取與預處理:軌道測量得到的資料一般無法直接獲得太空飛行器的位置、速度向量,需要通過轉換得到,並且不同的測軌方式由不同的換算方法。

初軌確定:定軌初期,根據少量觀測資料粗略確定太空飛行器軌道的過程。

軌道改進:以太空飛行器的初始軌道為依據,利用大量的測軌資料和攝動運動模型,根據現代估計理論濾除隨機策略誤差,逐次改進軌道要素,最後求出太空飛行器的精密軌道。

軌道設計:多種約束條件下確定太空飛行器的飛行軌道,並使某些效能指標達到最優。

典型應用:所有的衛星發射活動和深空探測任務都需要進行軌道設計。

軌道控制:研究如何改變作用在太空飛行器上控制律的變化規律,使太空飛行器的質心運動軌跡滿足預期要求,用公式表示:

m r¨

=fn+

fc

(3)m \boldsymbol} = \boldsymbol_n + \boldsymbol_c \tag

mr¨=fn

​+fc

​(3)

其中,f

n\boldsymbol_n

fn​為其他作用力,f

c\boldsymbol_c

fc​為能夠改變的作用力。

軌道控制的目的就是根據任務要求的r(t

)\boldsymbol(t)

r(t)

和r ˙(

t)

\boldsymbol}(t)

r˙(t

)設計f

c\boldsymbol_c

fc​的變化規律。

軌道改變與軌道轉移:使太空飛行器從乙個自由飛行軌道轉移到另乙個自由飛行軌道,且所需的速度增量較大。與軌道調整的不同就在於以上兩點。

軌道改變:初軌道和終軌道相交,通過一次變軌即可完成軌道機動的過程。

軌道轉移:初軌道和終軌道不相交,需要多次(≥

2\geq 2

≥2)變軌操作。

典型應用:地球同步軌道發射、交會對接遠端段控制、返回式衛星離軌段控制、月球或行星探測器發射等。

軌道調整:初軌道和終軌道的軌道要素相差不打,軌道機動所需的速度增量較小。

典型應用:太空飛行器入軌後的初始軌道捕獲、地球靜止衛星的位置保持、對地觀測衛星的位置保持、無阻力衛星的擾動補償、星座或編隊衛星的相對位置保持、深空探測軌道的中途修正等。

相對運動控制:兩太空飛行器的相對距離較近,具備相對導航的測量條件,可以用相對運動方程描述的軌道機動問題。

典型應用:交會對接、編隊飛行、軌道攔截的末制導段控制、主動碎片清除任務等。

軌道攔截:與交會對接的區別是不控制相對速度,只要求相對位置為零。軌道攔截一般通過雷達或光學導引頭獲取兩太空飛行器的相對運動資訊,基於視線座標系內的相對運動方程設計控制律。

軌道力學的基礎就是牛頓第二定理及其擴充套件!

張洪波. 太空飛行器軌道力學理論與方法[m]. 國防工業出版社, 2015.

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主要內容 1.異常處理基本語句 在程式執行過程中,由於編碼不規範等造成程式無法正常執行,此時程式就會報錯。健壯性 很多程式語言都有異常處理機制 def calc a,b return a b try x calc 3,1 如果程式出錯會立刻跳轉到except語句 except print 程式出錯了...

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