基于共面圆轨道假设的木卫引力辅助捕获轨道设计

摘要

为得到木星赤道附近引力辅助捕获轨道的存在规律,文章假设伽利略木卫运行在共面圆轨道上,并在轨道平面上查找经连续多次引力辅助所捕获的航天器轨道。根据共面圆轨道的对称性并应用木卫相位差,可以计算出引力辅助时间窗口;而后通过轨道几何旋转,使得航天器位置和时间窗口吻合。文章通过分析设定引力辅助序列,遍历使得引力辅助后的航天器轨道与借力木卫轨道相交的入射速度,对每个入射速度进行广度优先搜索,确定各次引力辅助中相对速度的转角,得到连续引力辅助的最大次数和捕获效果。算例设定两种引力辅助序列,研究入射速度在11.5~12 km/s时,经过1~4次引力辅助,捕获轨道周期为0~200天的轨道的分布情况。搜索结果显示,各入射速度对应的捕获轨道最小周期均小于50天。此方法可提升引力辅助捕获轨道的设计效率。