面向空间任务设计的低能轨迹多保真建模

日益复杂和创新的空间任务构想对任务设计者提出了不断增长的需求。为了满足既定要求与约束同时保持低燃料成本，低能轨迹的使用尤为引人关注。这些轨迹使航天器能够以极少甚至零燃料改变轨道并运动，但它们是使用比常用的二体问题（2BP）更高保真度的运动模型计算的。为此，探索第三体效应的摄动方法尤其具有吸引力，因为它们可通过映射技术或解析近似，以较低计算成本准确传达三体构型的系统动力学。本工作的重点是通过开发新的数学工具来辅助任务设计应用，从而拓宽对低能轨迹的认知。具体而言，构想了基于第三体效应的新颖运动模型。本研究的一个应用聚焦于近地小行星任务的轨迹设计。探讨了两个不同的项目：其一基于分别前往平动点 $L_2$ 不变流形的交会与圆化任务的初步设计。这是通过研究两颗近期发现的小行星并确定各轨迹的日期、燃料成本与最终控制历程来实现的。另一个涵盖对小行星捕获任务的更大型研究，其中若干天体被视为潜在目标。候选者使用多保真设计框架考量，该框架以递增精度的运动模型筛选轨迹选项，从而获得最终精细的低推力解。轨迹设计依赖于通过在地球影响球外的相遇（即所谓的地球共振相遇）来利用地球引力。