长征运载火箭发射借力木星极轨观日探测器研究

耿光有，王建明，王 珏

（1.北京宇航系统工程研究所，北京，100076；2.中国运载火箭技术研究院，北京，100076； 3.北京航空航天大学宇航学院，北京，100191）

0 引 言

太阳对于人类活动及近地轨道航天器运行具有至关重要的影响。对空间的系列探测活动加深了人类对太阳的认识，研究表明星际空间并非完全是“空”的，而是被不断扩张的太阳大气——即太阳风，包括尘埃、高能粒子、磁场和波所充斥，科学界一直致力于寻找探测太阳极区活动的方法。若探测器能从太阳极区观测，就可以提供一个完整的太阳立体视图[1,2]，以此独特视角发现更多太阳或星际空间的新内容。但受航天发射能力限制，大多数探测器运行在近地和日地拉格朗日点附近，且都在黄道面附近运行，难以对太阳高纬度地区甚至极区进行探测。

目前，人类发射的飞行器速度还无法直接克服地球公转速度实现太阳极轨运行。虽然飞越木星任务耗时较长，发射窗口亦受到地球与木星的相对位置限制等，但Ulysses仍是一次飞越木星后大倾角飞出黄道面进而实现对太阳高纬度地区观测的尝试。

Battine[3～5]等在飞行动力学研究基础上提出并完善了借力飞行的理论和轨道设计方法，并将其运用到美国早期深空探测计划中；1973年发射的 Pioneer-11探测器通过木星、土星多天体借力，实现了16°黄道倾角；1977年发射的Voyager-2号探测器，通过多次行星借力，飞越海王星时黄道倾角已增加到48°；1990年发射的 Ulysses探测器通过 1次木星借力实现了约80°黄道倾角，以近乎垂直太阳赤道的方向对太阳南、北级高纬度区域各进行了2次共持续约1年的近距极轨观测，丰富了人类对于太阳活动的认知。……