Методы моделирования гравитационного поля малых небесных тел сложной формы на примере кометы 67Р/Чурюмова — Герасименко
Авторы: Чжоцзинь Ли, Клишин А.Н., Корянов Вс.Вл., Колесникова Д.С.
Опубликовано в выпуске: #11(143)/2023
DOI: 10.18698/2308-6033-2023-11-2319
Раздел: Авиационная и ракетно-космическая техника | Рубрика: Динамика, баллистика, управление движением летательных аппаратов
Определение параметров движения космического аппарата вблизи поверхности небесных тел несферической формы является непростой задачей для исследования ввиду трудности описания гравитационного поля таких тел. Проанализированы различные подходы к моделированию гравитационного поля тел сложной формы: метод сферических функций, метод минимальной объемлющей сферы, метод минимального объемлющего эллипсоида и метод многогранников. Проведен сравнительный анализ используемых моделей и предложен подход, основанный на применении нейронной сети для оптимизации расчета путем аппроксимации данных, полученных методом многогранников. Изложены результаты моделирования для описания гравитационного поля короткопериодической кометы 67Р/Чурюмова — Герасименко и проиллюстрированы рисунками и таблицами. Предложены рекомендации по использованию того или иного метода в процессе моделирования классической задачи двух тел.
Литература
[1] Werner R., Scheeres D. Exterior gravitation of a polyhedron derived and compared with harmonic and mascon gravitation representations of Asteroid 4769 Castalia. Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy, 1996, vol. 65, pp. 313–344. https://doi.org/10.1007/BF00053511
[2] Werner R. The gravitational potential of a homogeneous polyhedron or don’t cut corners. Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy, 1994, vol. 59, pp. 253–278. https://doi.org/10.1007/BF00692875
[3] Субботин М.Ф. Введение в теоретическую астрономию. Москва, Наука, 1968, 800 с.
[4] Дубошин Г.Н. Справочное руководство по небесной механике и астродинамике. Москва, Наука,1976, 234 с.
[5] Эльясберг П.Е. Введение в теорию полета искусственных спутников Земли. Москва, Едиториал УРСС, 2020, 542 с.
[6] Чеботарев Г.А. Аналитические и численные методы небесной механики. Москва, Наука, 1965, 367с.
[7] Емельянов Н.В. Практическая небесная механика. Москва, Физический факультет МГУ, 2018, 270 с.
[8] Rossi A., Marzari F., Farinella P. Orbital evolution around irregular bodies. Earth, Planets and Space, 1999, vol. 51, pp. 1173–1180. https://doi.org/10.1186/BF03351592
[9] Geissler P., Petit J., Durda D., Greenberg R., Bottke W., Nolan M., Moore J. Erosion and ejecta reaccretion on 243 ida and its moon. Icarus, 1996, vol. 120, no. 0042, pp. 140–157.
[10] Zhao Y., Yang H., Li S. On-board modeling of gravity fields of elongated asteroids using Hopfield neural networks. Astrodynamics, 2023, vol. 7, no. 1, pp. 101–114. https://doi.org/10.1007/s42064-022-0151-3
[11] Zhang A., Lipton Z., Mu Li, Smola J. Dive into Deep Learning. Amazon Science, 2023, 1181 p.
[12] Chao B.F., Rubincam D.P. The gravitational field of Phobos. Geophysical Research Letters, 1989, vol. 16, no. 8, pp. 859–862. https://doi.org/10.1029/GL016i008p00859
[13] Scheeres D.J. Dynamics about uniformly rotating triaxial ellipsoids: applications to Asteroids. Icarus, 1994, vol. 110, no. 2, pp. 225–238. https://doi.org/10.1006/icar.1994.1118
[14] Shang H., Wei B., Lu J. Recent advances in modeling gravity field of small bodies. Journal of Deep Space Exploration, 2022, vol. 9, no. 4, pp. 359–372. https://doi.org/10.15982/j.issn.2096-9287.2022.20220074
[15] Rausenberger O. Lehrbuch der Analytischen Mechanik. Leipzig, Β.G. Teubner, 1888.
[16] Romain G., Jean-Pierre B. Ellipsoidal Harmonic expansions of the gravitational potential: Theory and application. Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy, 2001, vol. 79, no. 4, pp. 235–275. https://doi.org/10.1023/A:1017555515763
[17] Shi J., Ma Y., Liang H. Research of activity of Main Belt Comets 176P/LINEAR, 238P/Read and 288P/(300163) 2006 VW139. Sci Rep, 2019, vol. 9, no. 5492. https://doi.org/10.1038/s41598-019-41880-0
[18] Turgut B. Application of back propagation artificial neural networks for gravity field modelling. Acta Montanistica Slovaca, 2016, vol. 21, no. 3, pp. 200–207.
[19] Yang H., Bai X., Baoyin H. Rapid generation of time-optimal trajectories for asteroid landing via convex optimization. Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 2017, vol. 40, pp. 628–641. https://doi.org/10.2514/1.G002170
[20] Hobson E.W. The Theory of Spherical and Ellipsoidal Harmonics. Chelsea Publishing Company, 1965, 514 p.
[21] Cui H., Zhang Z., Yu M. Computing and analysis of gravity field of Eros433 using polyhedron model. Journal of Harbin Institute of Technology, 2012, vol. 44, pp. 17–22.
[22] Jiang Yu, Baoyin H. Orbital Mechanics near a Rotating Asteroid. Journal of Astrophysics and Astronomy, 2014, vol. 35, pp. 17–38. https://doi.org/10.1007/s12036-014-9259-z