行星大气不确定性比较研究及气动捕获任务设计准则

气动捕获利用大气阻力使航天器减速并实现轨道插入。与气动捕获相关的重大风险之一是大气密度的不确定性，尤其是对于外行星。本文对大气不确定性进行了比较研究，并为气动捕获任务提供了设计准则。金星、火星和土卫六的大气在工程用途上已有充分表征。在气动捕获相关的高度范围内，金星、火星和土卫六的 3$\sigma$ 密度变化分别约为 $\pm$30%、$\pm$50%、$\pm$30%。由于缺乏原位数据，天王星和海王星的大气不如其他天体表征充分。对于天王星和海王星，GRAM 套件在相关高度范围内提供的 3$\sigma$ 密度变化约为 $\pm$30%，这被视为乐观估计。在大气探测器的原位数据可用之前，建议采用更保守的全局最小-最大估计以应对最坏情况。本研究提出了一种图形方法，用于在考虑大气不确定性的情况下选择最优进入飞行路径角，以确保机载制导获得尽可能最佳初始状态，以瞄准气动捕获后的期望出口状态。