面向行星科学与空间态势感知的开源高保真轨道估计：基于 Tudat 软件
摘要
TU Delft Astrodynamics Toolbox (Tudat) 是一个免费开源的 astrodynamics 研究与教育软件套件. 最初专注于轨道动力学的数值模拟与状态估计，现已支持来自多个来源的光学与射电跟踪数据，以估计自然与人造天体的动力学与参数. 最近的开发添加了实时跟踪数据分析功能，适用于行星任务与空间态势感知 (SSA). Tudat 当前支持 (i) 来自 DSN 和 ESTRACK 的深空多普勒与距离数据，(ii) 来自 PRIDE 实验的多普勒与 VLBI 数据，以及 (iii) 来自 Minor Planet Center (MPC) 和 Natural Satellite Data Center (NSDC) 的光学星象测量. 利用 MRO 与 GRAIL 航天器的跟踪数据以及小行星 Eros 的星象数据，我们展示了基于 SPICE 可观测量的预估残差以及拟合数据至 Tudat 动力学模型后的后估残差. 后估多普勒残差分别为 MRO 与 GRAIL 在 1-5 mHz，轨道差异为 GRAIL 的几米，MRO 约为一米，MRO 范围残差为几米. 基于 Eros 八年星象数据，我们获得的轨道差异与 JPL Horizons 解答相符，其 3-sigma 形式误差为几十公里. Tudat 的 SSA 功能通过对 1972 年发射的 Venus 着陆器 Kosmos 482 的轨道传播进行演示，包括其预测于 2025 年 5 月 10 日的再入. 这些案例展示了 Tudat 在多样化轨道制度下模块化、灵活、高保真建模的能力. 所有示例代码均公开可用，未来的 Tudat 分析将以完全可复现的代码发表，允许社区成员改进与扩展我们的工作.
引用
@article{arxiv.2510.23179,
title = {Open-Source High-Fidelity Orbit Estimation for Planetary Science and Space Situational Awareness Using the Tudat Software},
author = {Luigi Gisolfi and Dominic Dirkx and Sam Fayolle and Valerio Filice and Riva Alkahal and Miguel Avillez and Tristan Dijkstra and Jonas Hener and Lars Hinüber and Marco Langbroek and Nicolò Maistri and Michael Plumaris and Alfonso Sanchez Rodriguez and Giuseppe Cimò and Kevin Cowan and Fabien Dahmani and João Encarnacao and Geoffrey Garrett and Steve Gehly and Xuanyu Hu and Marceau Jeanjean and Antonio López Rivera and Andrea Minervino Amodio and Guifre Molera Calvés and Markus Reichel and Bart Root and Martin Søndergaard and Dominik Stiller and Simon Van Hulle and Gijs Verdoes Kleijn and Rees Williams and Daan Witte},
journal= {arXiv preprint arXiv:2510.23179},
year = {2025}
}
备注
Presented at 25th International Astronautical Congress. IAC-25,C1,IP,18,x95380. 20 pages