Primero, los autores resumen el principio y los observatorios de ondas gravitacionales propuestos para la detección de ondas gravitacionales basadas en el espacio. En el observatorio de ondas gravitacionales basado en el espacio, la estructura básica es el interferómetro láser de dos fuentes (en una configuración triangular de naves espaciales), incluidos el telescopio, el láser, la masa de prueba, el faseómetro, etc. El cambio de fase de la señal de interferencia se mide mediante el faseómetro, de modo que el cambio de distancia entre las masas de prueba en la nave espacial primaria-secundaria causado por las ondas gravitacionales se puede obtener inversamente. En la actualidad, se han presentado algunos conceptos de misión para los observatorios de ondas gravitacionales de interferencia láser basados en el espacio y sus configuraciones se pueden dividir en tres categorías. (1) La configuración geocéntrica de los observatorios de ondas gravitacionales basados en el espacio, que forman una gran constelación en la órbita terrestre alta, con el plano normal de la configuración de la constelación apuntando a la dirección de la fuente objetivo de ondas gravitacionales. Un ejemplo típico es la misión TianQin. (2) La configuración heliocéntrica de los observatorios de ondas gravitacionales basados en el espacio, en la que las naves espaciales se despliegan en diferentes órbitas heliocéntricas con un semieje mayor de 1 UA para formar una formación a gran escala, haciendo que el Sol sea su centro. Los observatorios de ondas gravitacionales basados en el espacio heliocéntricos típicos incluyen LISA, el plan Taiji y DECIGO/BBO. (3) La configuración del punto de libración del observatorio de ondas gravitacionales basado en el espacio, en la que las naves espaciales se despliegan en las proximidades de los puntos de libración en el sistema de tres cuerpos. Los observatorios de ondas gravitacionales basados en el espacio del punto de libración típicos incluyen la misión ASTROD, la misión completa de LAGRANGE de puntos de libración y la misión de LAGRANGE de un solo punto de libración. Los observatorios de ondas gravitacionales basados en el espacio típicos se enumeran en la Tabla 1.
A continuación, los autores resumen el estado de los métodos de diseño de constelaciones y formaciones existentes para el observatorio de ondas gravitacionales basado en el espacio. Los parámetros de configuración considerados principalmente incluyen la variación de la longitud del brazo o la proporción de variación ∆L, la tasa de variación de la longitud del brazo L’ y la variación del ángulo de respiración ∆θ (ver Fig. 2). Para el diseño del observatorio de ondas gravitacionales de configuración geocéntrica, a diferencia del diseño de constelaciones tradicional, que generalmente se centra en el rendimiento de la cobertura del objetivo, presta atención principalmente a la estabilidad geométrica de la configuración. Wan et al. y Ye et al. diseñaron la órbita de la misión altamente estable para el plan TianQin basado en la optimización de enjambre de partículas y los algoritmos de optimización combinatoria para cumplir con los requisitos de la variación de la longitud del brazo, la tasa de variación de la longitud del brazo y la variación del ángulo de respiración. Tan et al. estudiaron la influencia de la dirección y el radio de la órbita en la estabilidad del movimiento inter-espacial. Zhou et al. investigaron la estabilidad de un observatorio de ondas gravitacionales geocéntrico desde el punto de vista de la propagación de la incertidumbre de la configuración. Jia et al. propusieron un algoritmo de optimización iterativo de doble capa semi-analítico para resolver el problema de optimización de la configuración geocéntrica de manera eficiente. El diseño de la configuración de los observatorios de ondas gravitacionales basados en el espacio heliocéntricos pertenece al diseño de la formación. La cuestión clave es superar la diferencia de perturbación en el entorno espacial causada por la gran escala de la formación. Tomemos como ejemplo a LISA, Marchi et al. obtuvieron las condiciones iniciales para una formación circular estable eliminando el término secular y agregando restricciones en las ecuaciones C-W sin considerar la perturbación. Nayak et al. adoptaron una forma mejorada de las ecuaciones C-W con la corrección de segundo orden para mejorar aún más la precisión del modelo de movimiento relativo. Li et al. derivaron la expresión del ángulo de arrastre entre el centro de la formación y la Tierra en función de la forma semi-analítica. Sin embargo, los métodos de diseño de constelaciones y formaciones existentes para el observatorio de ondas gravitacionales basado en el espacio se basan principalmente en el cálculo numérico, lo que genera una pesada carga computacional. Por lo tanto, los métodos de optimización analítica eficientes aún deben investigarse.
Por último, los autores hicieron prospectivas sobre el estudio futuro sobre la determinación del espacio de diseño de parámetros de configuración en un entorno complejo considerando múltiples efectos de perturbación, el método de optimización altamente eficiente para la configuración inicial del observatorio de ondas gravitacionales basado en el espacio, y la propagación de errores y la evaluación de la región de estabilidad de la configuración.
