Analysis of low-thrust satellite tour strategy in the Jupiter system

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

A new method for designing a Tisserand graph with low-thrust between gravity assists is proposed. The motion of a spacecraft is considered in the context of the circular restricted three-body problem and the zero-radius sphere of influence model, based on conjugate conic sections. Simple control algorithms for changing the semi-major axis and eccentricity are used for low-thrust maneuvers. The analysis of the proposed control algorithms is carried out. The effectiveness of the proposed technique is shown. Examples of effective low-thrust spacecraft maneuvering strategies in the Jupiter satellite system for transfer to the orbits of Europa, Ganymede, and Calisto have been obtained.

Sobre autores

A. Ivanyukhin

Research Institute of Applied Mechanics and Electrodynamics of Moscow Aviation institute; Peoples Friendship University of Russia (RUDN University)

Autor responsável pela correspondência
Email: ivanyukhin.a@yandex.ru
Moscow, Russia

Bibliografia

  1. Campagnola S., Buffington B.B., Lam T. et al. Tour design techniques for the Europa Clipper mission // J. Guidance, Control, and Dynamics. 2019. V. 42. Iss. 12. P. 2615-2626.
  2. Martynov M.B., Merkulov P.V., Lomakin I.V. et al. Advanced Russian mission Laplace-P to study the planetary system of Jupiter: scientific goals, objectives, special features and mission profile // Solar System Research. 2017. V. 51. P. 555-562.
  3. Yang H., Hu J., Bai X. et al. Review of trajectory design and optimization for Jovian system exploration // Space: Science & Technology. 2023. V. 3. Art.ID. 0036.
  4. Tisserand F.F. Traité de Méchanique Céleste. V. 4. Paris: Gauthier-Villars et fils, 1896.
  5. Ross S.D., Koon W.S., Lo M.W. et al. Design of a multi-moon orbiter // Advances in the Astronautical Sciences. 2003. V. 114. Iss. 1. P. 669-684.
  6. Strange N.J., Longuski J.M. Graphical method for gravity-assist trajectory design // J. Spacecraft and Rockets. 2002. V. 39. Iss. 1. P. 9-16.
  7. Campagnola S., Strange N.J., Russell R.P. A fast tour design method using non-tangent v-infinity leveraging transfer // Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy. 2010. V. 108. P. 165-186.
  8. Strange N.J., Campagnola S., Russell R.P. Leveraging flybys of low mass moons to enable an Enceladus orbiter // Advances in the Astronautical Sciences. 2009. V. 135. Iss. 3. P. 2207-2225.
  9. Woolley R.C., Scheeres D.J. Applications of v-infinity leveraging maneuvers to endgame strategies for planetary moon orbiters // J. Guidance, Control, and Dynamics. 2011. V. 34. Iss 5. P. 1298-1310.
  10. Campagnola S., Buffington B.B., Petropoulos A.E. Jovian tour design for orbiter and lander missions to Europa // Acta Astronautica. 2014. V. 100. P. 68-81.
  11. Takubo Y., Landau D., Anderson B. Automated tour design in the Saturnian system // Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy. 2024. V. 136. Iss. 1. Art. ID. 8.
  12. Strange N.J., Landau D.F., Longuski J.M. et al. Design of Initial Inclination Reduction Sequence for Uranian Gravity-Assist Tours // Proc. AAS/AIAA Astrodynamics Specialist Conference. 2013.
  13. Campagnola S., Boutonnet A., Schoenmaekers J. et al. Tisserand-leveraging transfers // J. Guidance, Control, and Dynamics. 2014. V. 37. Iss. 4. P. 1202-1210.
  14. Casalino L., Colasurdo G., Pastrone D. Optimal low-thrust escape trajectories using gravity assist // J. Guidance, Control, and Dynamics. 1999. V. 22. Iss. 5. P. 637-642.
  15. Vasile M., Campagnola S. Design of low-thrust gravity assist trajectories to Europa // J. British Interplanetary Society. 2009. V. 62. Iss. 1. P. 15-31.
  16. Strange N., Landau D., Hofer R. et al. Solar electric propulsion gravity-assist tours for Jupiter missions // AIAA/AAS Astrodynamics Specialist Conference. 2012. Art.ID. 4518.
  17. Sidhoum Y., Oguri K. Low-thrust trajectory design for icy moons orbiters using multi-body techniques // Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy. 2024. V. 136. Iss. 6. P. 1-28.
  18. Лебедев В.Н. Расчет движения космического аппарата с малой тягой. М.: ВЦ АН СССР, 1968. Т. 5. 108 с.
  19. Гродзовский Г.Л., Иванов Ю.Н., Токарев В.В. Механика космического полета с малой тягой. М.: Наука, 1966. 680 с.
  20. Edelbaum T.N. Propulsion requirements for controllable satellites // Ars Journal. 1961. V. 31. Iss. 8. P. 1079-1089.
  21. Edelbaum T.N. Optimum low-thrust rendezvous and station keeping // AIAA Journal. 1964. V. 2. Iss. 7. P. 1196-1201.
  22. Burt E.G.C. On space manoeuvres with continuous thrust // Planetary and Space Science. 1967. V. 15. Iss. 1. P. 103-122.
  23. Pollard J.E. Simplified Analysis of Low-Thrust Orbital Maneuvers. Aerospace Report No. TR-2000(8565)-10. 2000. 35 p.
  24. Di Carlo M., Vasile M. Analytical solutions for low-thrust orbit transfers // Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy. 2021. V. 133. Iss. 7. Art.ID. 33.
  25. Голубев Ю.Ф., Грушевский А.В., Корянов В.В. и др. Универсальное свойство интеграла Якоби для гравитационных маневров в Солнечной системе // Косм. исслед. 2020. Т. 58. No 4. С. 312-320.
  26. Голубев Ю.Ф., Грушевский А.В., Корянов В.В. и др. Адаптивные методы построения перелетов в системе Юпитера с выходом на орбиту спутника галилеевой Луны // Астрономический вестник. Исследования Солнечной системы. 2020. Т. 54. No 4. С. 349-359.
  27. Murray C.D., Dermott S.F. Solar system dynamics. Cambridge university press, 1999. 608 p.
  28. Labunsky A.V., Papkov O.V., Sukhanov K.G. Multiple Gravity Assist Interplanetary Trajectories. Newark, NJ: Gordon and Breach Science Publishers, 1998.
  29. Охоцимский Д.Е. Исследование движения в центральном поле под действием постоянного касательного ускорения // Косм. исслед. 1964. Т. 2. No 6. С. 817-842.
  30. Spitzer A. Novel orbit raising strategy makes low thrust commercially viable // IEPC Paper. 1995. P. 95-212.
  31. Pollard J.E. Simplified approach for assessment of low-thrust elliptical orbit transfers // Proc. 25th International Electric Propulsion Conference. Cleveland, OH, USA, 1997. P. 97-160.
  32. Петухов В.Г. Оптимизация многовитковых перелетов между некомпланарными эллиптическими орбитами // Косм. исслед. 2004. Т. 42. No 3. С. 260-279.
  33. Kechichian J.A. Optimum thrust pitch profiles for certain orbit control problems // J. Spacecraft and Rockets. 2003. V. 40. Iss. 2. P. 253-259.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar

Declaração de direitos autorais © Russian Academy of Sciences, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».