环火卫星轨道摄动分析解的建立及其应用研究

火星探测是国际深空探测活动的热点之一，我国的火星探测也即将拉开序幕。对探测器环火段轨道的了解和控制是展开火星探测的重要基础。尽管用数值方法对环火轨道进行计算并不困难，但从理论角度讨论轨道变化规律就需要建立相应的摄动分析解；同时由于火星相距地球很远，对探测器的测控能力远弱于地球卫星和月球探测器，而且探测器进入"长火影"可能需要休眠，采用分析解进行星上计算可提高其自主能力，对火星探测具有很重要的意义。.环火卫星的受力情况与地球卫星和月球探测器不同，不能直接采用已有的相关结论。目前国内外对火星本身状况研究较多，却尚未建立环火探测器轨道运动的分析解。因此，建立适合环火卫星轨道运动的摄动分析解对于火星探测是非常有意义的。.本项目将采用平均根数法或拟平均根数法建立完整的环火卫星摄动分析解，并利用分析解对环火卫星轨道运动特征进行分析。

火星探测一直是国际深空探测活动的热点之一，也是我国深空探测下一步的重要目标，对环火段轨道的了解和控制是展开火星探测的重要基础。本项目在对国内外关于火星自然环境和火星探测器轨道的研究进行充分调研的基础上开展了一系列工作。在建立环火卫星轨道坐标系附加摄动解的基础上讨论了相应的坐标系选择问题。针对环火卫星的部分主要摄动源建立相应的摄动分析解，如利用频率分析方法，针对环火探测器运动中的火星非球形引力摄动完整引力场模型建立摄动分析解；建立火星两颗自然卫星运动的分析历表；给出大偏心率火星探测器轨道预报的近似分析方法等。在建立部分主要摄动分析解的基础上，进一步从理论角度对火星探测器轨道进行分析，如给出大气制动所需时间和圈数的分析表达式，从而讨论利用火星大气制动形成环火轨道的耗时问题；分析地火转移过程中误差发散的特点，同时基于误差传递矩阵，得到计算中途轨道修正速度增量的“线性”公式，利用该“线性”公式可极大地节省计算时间，并且将该方法推广至月球探测中的转移轨道。由此可见，建立环火卫星摄动分析解有助于从理论角度讨论火星探测器轨道变化规律，从而对火星探测器轨道的特性加以进一步的应用；同时，由于火星相距地球很远，对探测器的测控能力要远弱于地球卫星和月球探测器，如能采用分析解进行星上计算，可以适当提高探测器的自主能力，对火星探测具有重要意义。