Поиск периодических решений с особой симметрией в задаче хилла

Бесплатный доступ

Неинтегрируемая классическая задача Хилла рассматривается как вариант некоторой более общей задачи, связывающей задачу Хилла с интегрируемой задачей Кеплера в равномерно вращающейся системе координат. К обобщенной задаче применяется метод нормальной формы для получения так называемых порождающих решений с различными типами симметрий. Впервые вычисляется новый класс порождающих решений с центральной симметрией, а также поправки к начальным условиям и периоду для продолжения этих решений до периодических орбит задачи Хилла.

Периодическое решение, задача хилла, нормальная форма, порождающее решение, центральная симметрия

Короткий адрес: https://sciup.org/149129866

IDR: 149129866   |   УДК: 521.1+531.314   |   DOI: 10.15688/mpcm.jvolsu.2019.3.1

Search for periodic solutions with special symmetry in the hill problem

Hill problem is a well-known celestial mechanics problem, which gives the description of dynamics of a satellite near the minor of two active masses in the uniformly rotating frame (sinodical system of coordinates). This problem is a limiting case of the well-known restricted three-body problem (RTBP), and its periodical solutions can be continued into the corresponding solutions of the RTBP. We propose to embed the Hill problem in so-called generalized Hill problem, which Hamiltonian can be written in the form = 𝐻0 + "𝑅, where 𝐻0 = 1 2 (︀ 𝑦2 1 + 𝑦2 2 )︀ + 𝑥2𝑦1 - 𝑥1𝑦2 + , = -𝑥21 + 1 2 𝑥22 , = √︁ 𝑥21 + 𝑥22 . Here and are vectors of canonically conjugate coordinates and momenta correspondingly, " ∈ [0; 1] and ∈ {-1, 0} are some parameters. Canonical equations of motions of the problem are invariant under the discrete group with two generators of linear transformations of the extended phase space. Therefore all periodic solutions drop into the four group of asymmetric, singly symmetric, doubly symmetric and centrally symmetric solutions. Singly and doubly symmetric periodic solutions were intensively studied with the help of singular perturbation theory earlier. But some heuristics make it possible to state that centrally symmetric orbits exist. In this paper we compute generating solutions with central symmetry of the Hill problem. The method of computing centrally symmetric generating solutions is based on iterative calculation of a normal form of the Hill problem Hamiltonian in the vicinity of periodic solutions of the Kepler problem in the uniformly rotating frame. The method of invariant normalization (symmetrization) proposed by academician V. F. Zhuravlev was applied. The method is based on integration of so called homological equation for obtaining both Lie generator of normal transformation and normal form ℋ. The normal form ℋ2 of the second order of initial Hamiltonian was computed and condition on existence of centrally symmetric generating solutions was formulated. Their initial conditions and periods were computed as well. These generating solutions can be used for their numerical continuation along the parameter " up to periodic solutions with central symmetry of the Hill problem.

Список литературы Поиск периодических решений с особой симметрией в задаче хилла

  • Батхин, А. Б. Порождающие плоские периодические орбиты задачи Хилла / А. Б. Батхин // Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша. - 2010. - № 47. - C. 1-24.
  • Батхин, А. Б. Симметричные периодические решения задачи Хилла / А. Б. Батхин // Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша. - 2012. - № 52. - C. 1-32.
  • Батхин, А. Б. Симметричные периодические решения задачи Хилла. I / А. Б. Батхин // Космические исследования. - 2013. - Т. 51, № 4. - C. 308-322. - DOI: 10.7868/S0023420613040031
  • Батхин, А. Б. Симметричные периодические решения задачи Хилла. II / А. Б. Батхин // Космические исследования. - 2013. - Т. 51, № 4. - C. 497-510. - DOI: 10.7868/S0023420613050014
  • Батхин, А. Б. Сеть семейств периодических орбит обобщенной задачи Хилла / А. Б. Батхин // Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша. - 2014. - № 9. - C. 1-28.
  • Батхин, А. Б. Сеть семейств периодических орбит обобщенной задачи Хилла / А. Б. Батхин // Доклады Академии наук. - 2014. - Т. 458, № 2. - C. 131-137. -
  • DOI: 10.7868/S086956521426003X
  • Батхин, А. Б. Поиск порождающих решений с центральной симметрией в задаче Хилла / А. Б. Батхин // Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша. - 2018. - № 276. - C. 1-24. -
  • DOI: 10.20948/prepr-2018-276
  • Батхин, А. Б. Задача Хилла / А. Б. Батхин, Н. В. Батхина. - Волгоград: Волгогр. науч. изд-во, 2009. - 200 c.
  • Брюно, А. Д. Ограниченная задача трех тел: Плоские периодические орбиты / А. Д. Брюно. - М.: Наука, 1990. - 296 c.
  • Брюно, А. Д. Нулькратные и обратные периодические решения ограниченной задачи трех тел / А. Д. Брюно // Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша. - 1993. - № 93. - C. 1-32.
  • Журавлев, В. Ф. Избранные задачи гамильтоновой механики / В. Ф. Журавлев, А. Г. Петров, М. М. Шундерюк. - М.: ЛЕНАНД, 2015. - 304 c.
  • Крейсман, Б. Б. Семейства периодических решений гамильтоновой системы с двумя степенями свободы. Несимметричные периодические решения плоской ограниченной задачи трех тел / Б. Б. Крейсман // Космические исследования. - 2005. - Т. 43, № 2. - C. 88-110.
  • Крейсман, Б. Б. Одноимпульсные перелеты с орбит искусственных спутников на орбиты вокруг точки либрации 𝐿1 или 𝐿2 / Б. Б. Крейсман // Космические исследования. - 2011. - Т. 49, № 4. - C. 335-344.
  • Мюррей, К. Динамика Солнечной системы / К. Мюррей, С. Дермотт. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2010. - 588 c.
  • Пуанкаре, А. Новые методы небесной механики / А. Пуанкаре. - М.: Наука, 1971. - Т. 1. - 771 c.
  • Пуанкаре, А. Новые методы небесной механики / А. Пуанкаре. - М.: Наука, 1972. - Т. 2. - 356 c.
  • Себехей, В. Теория орбит: ограниченная задача трех тел / В. Себехей. - М.: Наука, 1982. - 656 c.
  • Субботин, М. Ф. Введение в теоретическую астрономию / М. Ф. Субботин. - М.: Наука, 1968. - 800 c.
  • Batkhin, A. B. New Families of Doubly Symmetric Periodic Solutions of Hill Problem. / A. B. Batkhin // International Conference Stability and Oscillations of Nonlinear Control Systems (Pyatnitskiy's Conference). - Moscow: IEEE, 2016. - Vol. 1. - P. 1-4. -
  • DOI: 10.1109/STAB.2016.7541164
  • Clohessy, W. H. Terminal guidance for satellite rendezvous / W. H. Clohessy, R. S. Wiltshire // J. Aerospace Sciences. - 1960. - Vol. 27, № 9. - P. 653-658. -
  • DOI: 10.2514/8.8704
  • He'non, M. Numerical exploration of the restricted problem. V. Hill's case: periodic orbits and their stability / M. He'non // Astron.
  • He'non, M. Numerical exploration of the restricted problem. VI. Hill's case: non-periodic orbits / M. He'non // Astron.
  • He'non, M. Generating Families in the Restricted Three-Body Problem. Lecture Note in Physics. Monographs no. 52 / M. He'non. - Berlin, Heidelberg, New York: Springer-Verlag, 1997. - 278 p.
  • He'non, M. Generating Families in the Restricted Three-Body Problem. II. Quantitative Study of Bifurcations. Lecture Note in Physics. Monographs no. 65 / M. He'non. - Berlin, Heidelberg, New York: Springer-Verlag, 2001. - 301 p.
  • He'non, M. New families of periodic orbits in Hill's problem of three bodies / M. He'non // Celest. Mech. Dyn. Astr. - 2003. - Vol. 85. - P. 223-246.
  • He'non, M. Families of asymmetric periodic orbits in Hill's problem of three bodies / M. He'non // Celest. Mech. Dyn. Astr. - 2005. - Vol. 93. - P. 87-100. -
  • DOI: 10.1007/s10569-005-3641-8
  • Morales-Ruiz, J. Algebraic proof of the non-integrability of Hill's problem / J. Morales-Ruiz, C. Simo', S. Simon // Ergodic Theory and Dynamical Systems. - 2005. - Vol. 25, № 4. - P. 1237-1256.
  • Wilson, C. The Hill-Brown Theory of the Moon's Motion: Its Coming-to-be and Short-Lived Ascendancy (1877-1984). Sources and Studies in the History of Mathematics and Physical Sciences / C. Wilson. - New York; Dordrecht; Heidelberg; London: Springer, 2010. - 323 p.
Еще