【摘要】：一直以來,小行星都是太陽系形成和演化的研究重點,同時也同地球生命的起源和發(fā)展密切相關,并對人類的生存構成潛在的威脅。對于小行星的地面觀測加深了人類對于小行星的認識和了解,為理論研究提供了基礎和依據(jù)。隨著深空探測時代的到來,小行星的觀測和研究進入了嶄新的階段,同時也對探測器軌道動力學研究提出了新的要求。由于小行星自身質量小、形狀不規(guī)則和密度不均勻等特點,小行星探測器軌道動力學在繼承傳統(tǒng)的人造衛(wèi)星軌道動力學研究成果的基礎上,也出現(xiàn)了許多嶄新的發(fā)展,本論文就在這一領域進行了幾點初步的理論研究。第一章概述了小行星的相關背景知識,回顧了小行星探測任務的歷史。對小行星附近動力學環(huán)境的分析表明,小行星附近探測器主要受到小行星引力和太陽光壓攝動。第二章介紹了小行星引力場模型。分別綜述了單顆小行星以及雙小行星的常用引力場模型。以三顆形狀規(guī)則程度不同的小行星為例,比較了單顆小行星的球諧函數(shù)引力模型同多面體引力模型的計算效率,并在小行星附近不同軌道高度處分析了球諧函數(shù)引力模型的計算精度,對球諧函數(shù)引力模型在單顆小行星引力場建模中的應用提供了有益的啟示。在文獻已有研究的基礎上,提出了新的基于慣量張量的任意階雙小行星引力勢計算模型,計算效率相比已有的雙小行星引力勢模型有了顯著提高。第三章研究了單顆小行星探測器軌道動力學,研究對象主要分為懸停探測軌道和環(huán)繞探測軌道。對于懸停探測軌道,首先介紹了已有的小行星平衡點動力學的研究成果。然后在考慮了太陽光壓攝動的基礎上,計算得到了小行星平衡點的動力學替代軌道,并對動力學替代軌道的類型和穩(wěn)定性進行了系統(tǒng)的分析。對于環(huán)繞探測軌道,利用動力系統(tǒng)理論,采用周期軌道方法,系統(tǒng)研究了小行星非球形引力影響下環(huán)繞軌道的類型和穩(wěn)定性,并分析了隨著小行星非球形引力的變化,不同類型環(huán)繞軌道的演化和穩(wěn)定性變化。另外,詳細介紹了考慮太陽光壓攝動情形下兩種特殊的凍結軌道:向陽軌道和晨昏線軌道。第四章研究了雙小行星探測器軌道動力學。首先分析了考慮高階引力勢作用下雙軌旋同步雙小行星系統(tǒng)的穩(wěn)定性。然后采用截斷到二階的相互引力勢,利用周期軌道的方法,系統(tǒng)分析了軌旋同步雙小行星系統(tǒng)中主星的軌旋共振對于系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。在對雙小行星穩(wěn)定性研究的基礎上,給出了截斷到二階的相互引力勢作用下雙小行星系統(tǒng)完整運動的一階分析解。之后重點研究了雙小行星系統(tǒng)的懸停探測軌道。首先在廣義限制性三體問題模型下,系統(tǒng)研究了雙軌旋同步雙小行星系統(tǒng)的平衡點及其穩(wěn)定性,然后進一步給出了一般雙小行星系統(tǒng)平衡點的動力學替代軌道的分析解并進行了數(shù)值計算驗證。最后簡要介紹了雙小行星系統(tǒng)環(huán)繞軌道的研究現(xiàn)狀。綜上所述,本文作為小行星探測器軌道動力學領域相關系統(tǒng)性研究工作的總結,創(chuàng)新點主要包含以下五個方面:(1)雙小行星系統(tǒng)的高階引力勢展開;(2)太陽光壓作用下單顆小行星懸停探測軌道的穩(wěn)定性分析;(3)單顆小行星環(huán)繞周期軌道族的演化和穩(wěn)定性分析;(4)雙小行星系統(tǒng)穩(wěn)定性的研究;(5)雙小行星系統(tǒng)懸停探測軌道的相關研究,包括系統(tǒng)的平衡點(雙軌旋同步雙小行星系統(tǒng))及其動力學替代軌道(軌旋同步和非軌旋同步雙小行星系統(tǒng))的分析和數(shù)值求解。
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【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：V412.4

【參考文獻】

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1 Xiang-Yuan Zeng;Xiang-Dong Liu;Jun-Feng Li;;Extension of the rotating dipole model with oblateness of both primaries[J];Research in Astronomy and Astrophysics;2017年01期

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本文編號：2277064