Low-thrust Chaotic Based Transfer From The Earth To A Halo Orbit

摘要

Halo orbits around the Lagrange points serve as excellent platforms for scientific missions involving the Sun as well as planetary explorations. The satellites ISEE-3, GGS_WIND, SOHO and ACE have exploited these orbits to accomplish their missions. The trajectory design in support of such missions is increasingly challenging as more complex missions, like the case of the Next Generation Space Telescope, are envisioned in the near future. The purpose of this paper is to introduce a new chaotic-based transfer strategy that can be used to transfer a spacecraft from the vicinity of the Earth to a halo orbit around the equilibrium point L_1 of the Earth-Sun system. The strategy exploits the inherent exponential sensitivity of chaotic time evolutions to perturbations to guide a spacecraft from its starting position to an invariant stable manifold of the chosen halo orbit. As just judiciously chosen perturbations are used, the transfer operation requires very small amounts of fuel. As an example, we applied the method in context of the restricted three-body problem, which gives a good insight into the strategies to be used in a real situation.%Orbity typu halo wokół punktów Lagrange''a są doskonałymi platformami dla stacji kosmicznych wypełniających misje naukowe w pobliżu Słońca i planet. Przykładem są satelity ISEE-3, GGS-WIND, SOHO i ACE. Projektowanie orbit dla takich misji stanowi ogromne wyzwanie, zwłaszcza że one same stają się coraz bardziej wyszukanymi i złożonymi zadaniami, tak jak np. w przypadku teleskopu kosmicznego następnej generacji. Konieczność ich eksploracji łatwo przewidzieć w przyszłych badaniach. W tej pracy zajęto się zagadnieniem wynoszenia statku kosmicznego z sąsiedztwa Ziemi na orbitę halo wokół punktu Lagrange''a L_1 w układzie Ziemia-Słońce, opartym na nowej strategii zawierającej ruch chaotyczny statku. Strategia bazuje na wykładniczej wrażliwości trajektorii chaotycznej na zakłócenia warunków początkowych, co ma bezpośrednie przełożenie na sposób przeniesienia statku kosmicznego z orbity wyjściowej na stabilną rozmaitość orbity halo. Przy odpowiednio dobranych perturbacjach, transfer statku wymaga minimalnego zapotrzebowania na paliwo. W pracy rozważono taki transfer w odniesieniu do zagadnienia trzech ciał, co pozwoliło uzyskać bardzo dobry wgląd do problemu projektowania zmiany orbity w realnych warunkach.