行星探測器軌道是指行星探測器在其運行過程中所遵循的質心運動軌跡。這種軌道通常被描述為一個限制性的多體問題。
軌道分類
行星探測器的軌道可分為多種類型，包括行星衛星軌道、人造行星軌道、在行星表面著陸軌道（也稱進入軌道）、行星附近飛越軌道以及飛離太陽系的軌道。其中，除了在行星表面著陸的軌道之外，其他類型的軌道常被稱為行星探測器軌道。
軌道階段
行星探測器的軌道按照其受力情況可分為三個主要階段：繞地心運動階段、繞日心運動階段和繞行星質心運動階段。在不同的階段中，行星探測器分別被視為相對于地球、太陽和行星運動的物體。
作用球
行星與太陽相比，質量較小。因此，只有在足夠靠近行星的位置，也就是在行星周圍的一個特定范圍內，行星對探測器的引力才會成為探測器所受的主要力量。這個范圍可以假想為一個球形區域，其球心位于行星的質心處，這個球形區域被稱為作用球。作用球是區分這三個階段的重要界限。作用球的半徑取決于行星與太陽之間的質量和距離關系，具體可以通過以下公式來計算：
繞地心運動階段
在這個階段，探測器首先進入停泊軌道。為了擺脫地球引力的影響，需要通過點燃火箭發動機來提高探測器的速度，使其超越逃逸速度，從而進入過渡軌道。這個過渡軌道是以地球為中心的雙曲線形狀。有時還可以借助月球的引力來加速探測器，使其能夠超越逃逸速度并實現脫離。
繞日心運動階段
當探測器到達地球作用球的邊緣時，它開始進入日心軌道。此時，需要考慮到地球相對于太陽的運動狀態，將探測器相對于地球的逃逸速度轉化為相對于太陽的速度。如果這個速度超過了相對于太陽的逃逸速度，那么探測器相對于太陽的運動軌道將是雙曲線；而如果這個速度低于逃逸速度，探測器將會沿著橢圓形軌道繞太陽運動。
相對行星質心運動階段
在這一階段，探測器沿著日心軌道移動至行星作用球的邊界。在此時，需要將探測器相對于太陽的速度轉化為相對于行星的速度。由于探測器的速度始終高于在該位置上的行星逃逸速度，所以探測器相對于行星的運動軌道是雙曲線。當這條雙曲線與行星相交時，探測器可能會撞擊行星或者沿著進入軌道降落到行星表面上。如果雙曲線未與行星相交，那么探測器將在接近行星后再次離開行星，直到抵達作用球的邊界。在這種情況下，探測器相對于太陽的速度可能有所增加或減少。速度增加時，探測器有可能飛往更遙遠的行星，甚至是飛出太陽系；而速度降低時，探測器則可能與距離太陽較近的行星相遇。對于那些計劃成為行星衛星或先成為衛星然后再登陸行星表面的飛行任務，可以在預定高度使用火箭發動機進行減速制動，從而使探測器進入圍繞行星的橢圓軌道，成為行星的衛星。從行星衛星軌道向行星表面著陸還需要進行額外的減速操作。而對于需要返回地球的探測器，還需要進行軌道變換操作，以便將其引導進入返回軌道。
軌道計算
行星探測器軌道的計算可以分段進行。如果將每個階段的軌道都假設為開普勒軌道，就可以獲得大致的飛行路徑。通過軌道攝動的方法可以獲得各個階段更為精確的軌道。然而，在實際應用中，這些軌道的精確計算都是通過數值方法進行連續計算的。
參考資料 >