面向太阳系边际探测的多天体借力目标选择方法

摘要

太阳系边际探测将增进人类对太阳系形成与演化的认知,是未来深空探测的重要方向.由于太阳系边际距离地球遥远,探测所需轨道能量大,利用多天体借力飞行是实现太阳系边际探测的必然选择.研究了面向太阳系边际探测的多天体借力目标选择问题.给出了两种多天体借力动力学模型,并评估了两种模型各自的优势.基于太阳系边际探测的约束与目标处理方法,提出了一种结合两种多天体借力模型的逐步多层嵌套优化方法,并给出设计步骤,实现不同任务约束下太阳系边际探测多天体借力转移轨道优化设计.以2030—2040年针对太阳系鼻尖与尾部探测为例,给出了最优多天体轨道飞行序列排序,验证了所提方法的有效性.仿真结果表明,针对太阳系鼻尖的最优多天体借力序列为地球–金星–地球–地球–木星–土星–太阳系边际鼻尖,而针对太阳系尾部的最优序列为地球–金星–地球–地球–木星–海王星–太阳系边际尾部,研究可以为我国未来太阳系边际探测目标选择与任务规划提供参考.