三維引力輔助機理分析

賈建華 王 琪

(北京航空航天大學 航空科學與工程學院，北京100191)

引力輔助技術 (gravity-assist)，又稱借力飛行或引力甩擺，是一種航天任務中經常用來減少燃料消耗的方法.目前已經有多個任務利用引力輔助技術設計了行星際探測軌道，完成了太陽系八大行星的探測任務［1］.

引力輔助技術起源于18世紀，Laplace、leverrier、Tisserand用此來解釋行星對彗星軌道的攝動，Lawden首先提出可將引力輔助技術應用于飛行器［2］.目前對引力輔助技術的研究主要集中在應用方面，如引力輔助序列的選取［3－4］、小推力引力輔助的研究［5－6］、氣動引力輔助的研究［7－8］，而對引力輔助機理本身的探討和研究較少.1988年文獻［9］對二維引力輔助機理進行了分析，給出了前側飛越使飛行器能量減少、后側飛越使飛行器能量增加等重要結論，揭開了人類對引力輔助機理認識的新篇章，但討論僅限于平面圓型限制性三體問題.1997年文獻 ［10］采用平面橢圓型限制性三體模型對引力輔助機理進行了深入研究，結果表明，偏心率和真近點角對引力輔助軌道具有重要影響.文獻 ［11－12］也對基于平面限制性三體問題模型的引力輔助機理進行了一些討論.以上的研究都只限于二維引力輔助，飛行器運動被限制在借力天體的運動平面內，這顯然不能滿足實際任務的需要.目前，對三維引力輔助機理的研究尚不多見，文獻［13］初步討論了面外角對引力輔助軌道的影響，但是，對面外角的研究較為簡略，而且對飛行器近心點速度有一定……