[发明专利]空间纯引力轨道万有引力摄动在轨飞行验证方法

说明书

技术领域

本发明涉及航天动力学技术领域，尤其是涉及一种空间纯引力轨道万有引力摄动在轨飞行验证方法。

背景技术

一些以基础物理实验为任务目标的空间任务，如探测引力波和检验广义相对论的LISA和ASTROD任务，需要参考质量沿着纯引力轨道飞行(参见期刊《经典与量子引力》(Classical andQuantum Gravity)2003年第20卷的文章“LISA的集成模型(The LISA integrated model)”和期刊《原子核物理B》(Nuclear Physics B)2007年第166卷153-158页文章“ASTROD(激光天文动力学)and ASTROD I”)。同样，利用参考质量沿着近地纯引力轨道飞行，并获取参考质量的纯引力轨道，能够用于精确测量地球重力场(参见期刊《国际宇航科学院院刊》(ActaAstronautica)2012年特刊文章“采用精密编队飞行技术获取纯引力轨道(Acquirement of puregravity orbit using precision formation flying technology)”)。对于这些任务的科学目标而言，卫星作用在内部参考质量上的万有引力是一个主要的干扰力，影响纯引力轨道的性能水平(参见《经典与量子引力》(Classical and Quantum Gravity)2004年第21卷第5期S653-S660页的文章“当前的LISA残余加速度误差估计(Current error estimates for LISA spurious accelerations)”)。精确掌握纯引力轨道的万有引力摄动，是提高纯引力轨道性能的基础。

现有技术中，LISA模型团队建立了万有引力干扰的数值计算方法，采用卫星有限单元模型提供的结点质量和位置，并将每个单元近似为质点计算其对参考质量的引力、力矩和梯度作用，然后对所有单元求和得到整体量(参见《经典与量子引力》(Classical and Quantum Gravity)2005年第22卷第10期S395-S402页的文章“LISA自引力分析模型(Self-gravity modeling forLISA)”)。谷振丰等提出了利用专门的补偿质量抑制万有引力摄动的方法，即在卫星上安装补偿质量块，调整卫星的质量分布，降低卫星对参考质量块的万有引力(参见《国际宇航科学院院刊》(Acta Astronautica)2012年第81卷第2期635-644页的文章“内编队系统纯引力轨道万有引力摄动补偿抑制(Compensation of gravitational attraction disturbance to pure gravity orbit forInner Formation Flying System)”)。

但是，这些都是基于理论方法、数值计算开展的，并且采用了一些近似方法，需要进行实验验证。只有对万有引力摄动计算和抑制结果进行检验，才能更好地推动纯引力飞行系统的工程实施。

发明内容

本发明的目的在于设计一种新型的空间纯引力轨道万有引力摄动在轨飞行验证方法，解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种空间纯引力轨道万有引力摄动在轨飞行验证方法，包括步骤如下：

步骤1、将纯引力轨道飞行卫星在模式一下运行一定周期，观测卫星轨道，并记录轨道观测数据；

步骤2、将步骤1中所述的卫星绕着沿轨道面径向的主轴做180°旋转，从而将飞行方向的万有引力摄动反向，形成模式二；所述的卫星在所述模式二下再次运行与步骤1中相同的周期，同样精确观测卫星轨道，并记录轨道观测数据；

步骤3、根据步骤1和步骤2的轨道观测数据，分别得出两种模式下的轨道半长轴长期变化，做差，得到两种模式下的卫星轨道半长轴变化量之差的实际观测值；

步骤4、根据两种模式下的万有引力摄动计算结果，通过卫星轨道摄动方程得出两种模式下万有引力摄动导致的轨道半长轴变化量计算值，进而得到两种模式下轨道半长轴变化量之差的理论预测值；

步骤5、将步骤4所得的理论预测值与步骤3所得的实际观测值进行对比，如果两者一致，则验证了理论预测值的准确性，从而间接验证了万有引力摄动计算结果的准确性，说明了万有引力摄动计算方法的有效性；否则，说明万有引力摄动计算方法无效。

优选的，所述的模式一，是指纯引力轨道飞行卫星飞行方向的万有引力摄动沿着前进方向，又称为标称模式，该模式下万有引力摄动会使得参考质量轨道半长轴逐渐增大；