简介(概述 计算方法)

工作过程(地心运动阶段 日心运动阶段 相对行星质心运动阶段)

简介

概述

行星探测器轨道 orbit and trajectory of planetary probe

行星探测器运行过程的质心运动轨迹。这是一个限制性多体问题。行星探测器的轨道分为：行星卫星轨道、人造行星轨道、在行星表面着陆轨道（又称进入轨道）、行星附近飞越轨道和飞离太阳系的轨道。有人将除在行星表面着陆轨道外的其余类型的轨道称为行星探测器轨道。行星探测器轨道依受力情况分为三个阶段：绕地心运动阶段、绕日心运动阶段和绕行星质心运动阶段。在这三个阶段中，行星探测器被认为分别是相对地球、太阳和行星运动的。

计算方法

轨道计算可以分段进行，若将每一阶段的轨道都假设为开普勒轨道，则可以得到粗略的飞行情况。采用轨道摄动的方法可以得到各阶段的精确轨道。但在实际应用中，这些轨道的精确计算都采用数值方法连续计算。

工作过程

作用球 行星与太阳相比质量小得多。只有在足够靠近行星时，也就是说在距离行星一定范围之内时，行星对探测器的引力才是探测器受到的主要的力。将这个范围假设成一个球，球心为行星质心。这个球就称为作用球。作用球是划分三个阶段的边界。作用球的半径与行星和太阳质量比有关。可用下面公式计算：

式中ρ为作用球半径，

为行星到日心距离,为行星质量与太阳的质量之比。

地心运动阶段

在地球的作用球内，探测器先进入停泊轨道。为了脱离地球引力的作用，需要点燃火箭发动机使探测器加速，待速度超过逃逸速度（见航天器轨道速度）时便会进入过渡轨道，这个过渡轨道是相对地心的双曲线。有时也可以利用月球的引力加速（见月球探测器轨道运动），使探测器的速度超过逃逸速度，以达到脱离的目的。

日心运动阶段

探测器到达地球作用球的边界时，是日心轨道的起点。这时须考虑地球相对太阳的运动，把探测器相对地球的逃逸速度换算成相对日心的速度。如果这一速度超过相对日心的逃逸速度，探测器相对日心运动的轨道为双曲线；这一速度小于逃逸速度时，探测器绕日心运动轨道为椭圆。

相对行星质心运动阶段

探测器沿日心轨道在到达行星作用球边界时，需要考虑行星相对太阳的运动，把探测器的日心速度换算成相对行星的速度。这个速度总是超过在这一点的行星逃逸速度，探测器相对行星作双曲线运动。这一双曲线与行星相交时，探测器将与行星相撞，或沿进入轨道降落在行星表面。当双曲线与行星体不相交时，探测器接近行星以后又飞离行星，再次到达作用球边界。这时，相对太阳的速度与进入作用球时的日心速度相比可能增加，也可能减小。速度增加时可以飞向更远的行星，甚至飞出太阳系；速度减小时可能与距太阳较近的行星相遇。对于要成为行星卫星或成为卫星后再到达行星表面的飞行，在预定的高度上利用火箭发动机进行减速制动，探测器即进入围绕行星的椭圆轨道，成为行星的卫星。从行星卫星轨道向行星表面着陆还须再次减速。对于要返回地球的探测器，还要进行变轨操纵，使探测器进入返回轨道。