Kustaanheimo–Stiefel变量与二体问题的正规化

本文叙述Kustaanheimo–Stiefel变量及其从四元数发展形成的过程，以及Kustaanheimo–Stiefel变换在二体问题正规化中的应用。     

Generalized homogeneous functions and the two-body problem

IntroductionInthispaper,wegeneralizetheclassicconceptofhomogeneousfunctionofdegreeαandwestudytherelationbetweenthehomogeneousfunctionconceptandthemovementofabodythatsatisfiestheKepler’ssecondlaw .Asanapplicationoftheinvolvedtechniquesthatwereused ,wepresentasolutionofthetwo_bodyproblem ,givingawaytoobtainatimeequationforthebodythatrotatesaroundtheother,usingtheconceptofhomogeneousfunction .WeobtainedaserieslikeasthatwaspresentedinRef.[1 ] .1　GeneralizedHomogeneousFunctionsLetUbeanopensub…     

双小行星探测轨道动力学研究进展

双小行星系统由在万有引力作用下彼此环绕的两颗小行星组成, 对研究太阳系起源、行星系统演化和行星防御都具有重要的价值, 近年来成为行星科学和航天动力学研究的热门对象, 对双小行星系统的原位探测也即将迎来热潮. 双小行星系统的独特构型和附近的复杂动力学环境为探测器轨道动力学和任务设计带来了全新的挑战, 为应对这些挑战所进行的研究也推动了轨道动力学基础理论的发展. 本文对双小行星探测轨道动力学的研究进展进行综述, 首先介绍了双小行星研究和探测的背景及意义, 简要阐述了双小行星系统形成理论及其附近轨道动力学的研究概况. 其次, 介绍了双小行星系统不规则引力场和相互引力势的建模方法, 进而展示了双星的姿态轨道耦合动力学, 即完全二体问题, 包括双星相对运动的平衡构型和稳定性. 接着, 介绍了描述双星附近探测器轨道运动的限制性完全三体问题的动力学模型, 以及该模型下的平动点、平动点周期轨道、大范围周期轨道、转移轨道和轨道维持等方面的研究进展. 第四部分综述了环绕双小行星系统单颗星的受摄二体问题, 以轨道摄动理论和行星系统中受摄二体问题的研究现状为背景, 介绍了环绕双小行星系统主星的半解析轨道动力学建模与轨道稳定性分析. 之后, 介绍了目前面向探测任务需求和考虑实际约束的轨道动力学研究和轨道设计. 最后, 基于目前研究进展, 分析了面临的若干问题, 对未来双小行星探测轨道动力学及相关技术的发展进行了讨论和展望.      

带脉冲的三维引力辅助变轨研究

在引力辅助过程中施加脉冲可以有效地改善变轨效果.目前只能对施加小脉冲的情况进行近似计算,当脉冲大于近拱点速度的1%时无法进行分析.针对这一问题,提出了一种解析分析方法,可以计算施加任意大小和方向脉冲的三维引力辅助变轨.基于二体问题,建立了带任意脉冲的三维引力辅助模型,采用8个相互独立的参数对模型进行描述,其中5个参数表征三维引力辅助、一个参数表征脉冲的大小、两个参数表征脉冲的方向;建立了一组坐标系,可以方便地对轨道进行描述;以施加脉冲为界,将轨道划分为前后两段,分别进行公式推导;应用双曲线轨道动力学与坐标变换等技术方法,可以将飞行器的位置矢量和速度矢量表示为上述8个参数的解析公式,进而可以求出变轨导致的速度、能量和轨道倾角的变化量.通过与基于圆型限制性三体问题的数值仿真结果进行对比,验证公式的有效性.应用导出的解析公式分析了施加脉冲的大小和方向对飞行器能量和轨道倾角的影响,并给出了相应规律.结果表明:以最大能量改变为优化目标,施加脉冲的最优方向往往并不是该点速度方向;轨道倾角受到脉冲方向的影响显著.      

用惯性力分析二体问题

利用惯性力分析二体问题.     

N体问题的几种数值算法比较

对N体问题的数值积分中的Runge-Kutta-Fehlberg法(简称RKF法)、辛算法和厄米算法在N体问题中应用时引起的能量误差、半长径和偏心率的变化进行比较.结果发现:RKF法精度最高,但长时间内有误差积累;辛算法无人工耗散,能较好保持能量误差的稳定性;厄米算法虽然误差较大,但构造简单,耗机时较少.     

任意质量分布物体的引力势

首先讨论了天体力学中常见的二体问题,然后将两个有限大小并具有任意质量分布的物体之间的引力作用简化成一个有限大小并具有任意质量分布的物体与一个质点之间的吸引,最后用级数展开法给出了任意质量分布物体的引力势。     

广义齐次函数和二体问题

讨论了齐次函数概念的推广,并应用于求解二体问题．