基于自重效应的天琴计划耦合星座动力学建模
广义相对论与量子宇宙学
2025-11-14 v1 天体物理仪器与方法
摘要
天琴计划是一项专注于空间引力波探测的地心轨道任务。在其核心技术中，阻尼自由和指向控制子系统(DFPCS) - 包括悬挂、阻尼和指向控制 - 维持两个试验质量(TMs)在其 housing 内居中和对准，同时保持阻尼条件和精确的望远镜指向沿激光臂方向。这一结果导致星座的轨道-姿态耦合动力学。由于卫星自重效应，这种耦合作用更为显著，需要DFPCS进行补偿，通常使卫星偏离纯自由落体轨道。以往的研究假设轨道和姿态动力学可以在数值仿真中解耦，忽略闭环控制对轨道传播的反馈作用。为此，我们发展了一个综合模型，可在满足星座间指向和阻尼条件下，独立地传播完整的9体(6个TMs + 3个卫星，轨道和姿态)动力学。本文分三方面：首先，我们重新评估了两个TMs和望远镜指向方案适用于天琴计划的可行性，并确认了之前的结论。其次，为了满足星座稳定性要求，发现沿飞行方向的直流共同自重应最小化，或对三个卫星保持一致。最后，我们在亚 pm/Hz^(1/2) 的精度下模拟了两个TMs/卫星之间的远程光程，结果支持闭环动力学与高精度轨道的解耦，以实现计算效率。该方法对于需要仔细考虑轨道-姿态耦合的其他未来任务具有重要意义。
引用
@article{arxiv.2502.14552,
title = {Modeling coupled constellation dynamics for TianQin under self-gravity},
author = {Yuzhou Fang and Xuefeng Zhang and Hongyin Li},
journal= {arXiv preprint arXiv:2502.14552},
year = {2025}
}