The present invention discloses a method based on Lorenz force, which is based on the relative motion model of the Lorentz force between the stars. The artificial magnetic field is placed on a satellite (the star), and the other satellites (from the star) are charged and the Lorenz forces applied to the stars are designed for different tasks by using the magnetic field on the star, such as the companion. The release and recovery of flying small satellites and the design and maintenance of formation configuration. The size of the Lorenz force is determined by the charge, the intensity of the magnetic field and the distance from the magnetic field. By adjusting the size of the three parameters, the Lorenz force of any size in the range of technology can be obtained, and then the task orbits of different sizes and formation configuration can be obtained.
【技术实现步骤摘要】
一种基于洛伦兹力的伴飞轨道设计方法
本专利技术涉及航空航天领域,特别涉及一种基于洛伦兹力的伴飞轨道设计的方法。
技术介绍
带电卫星切割磁感线能产生洛伦兹力,该力垂直于卫星的运动方向和磁场的方向,可以用来改变卫星的运动轨迹。洛伦兹力因为不需要燃料来提供推力,所以任务过程中(基本)无工质消耗,也因此不会对卫星的敏感载荷如光学相机等产生化学污染,所以成为未来航天任务设计的一大发展趋势。目前利用洛伦兹力进行轨道设计,主要有两个方向,一个是考虑地球磁场,研究对地磁圈以内运动的带电卫星的轨道变化特性,可以实现单个卫星的变轨或者多个卫星的构型保持。另一种是在多个航天器上都放置人工磁场载荷,利用不同磁场间的电磁力来实现相对位置和姿态的控制。第一种方案由于地磁场对高轨卫星(地磁圈以外)的影响很弱,而地磁场以内的电离子环境比较复杂,应用相对比较受限制。第二种方案因为电磁力随着距离的增大,以立方反比的速度衰减,所以更多用于近距离编队的设计。
技术实现思路
为了克服以上缺点,本专利技术提供了一种基于洛伦兹力的伴飞轨道设计方法。本方法可以得到技术允许范围内任意大小的洛伦兹力,进而得到不同尺度的任务轨道和编队构型。本专利技术是通过以下技术方案来实现:一种基于洛伦兹力的伴飞轨道设计方法,包括以下步骤:(1)主星先绕地球做圆周运动,再在主星上放置一个自动旋转的人工磁场;(2)伴飞卫星处于主星上产生的旋转人工磁场中,旋转的磁场使伴飞卫星切割人工磁场磁感线,产生的洛伦兹力使伴飞卫星绕主星运动;(3)当人工磁场与主星绕地球运动的轨道面垂直时,求解从星的运动方程得相对于主星速度为零、而相对位置不变的 ...
【技术保护点】
1.一种基于洛伦兹力的伴飞轨道设计方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)主星先绕地球做圆周运动,再在主星上放置一个自动旋转的人工磁场;(2)伴飞卫星处于主星上产生的旋转人工磁场中,旋转的磁场使伴飞卫星切割人工磁场磁感线,产生的洛伦兹力使伴飞卫星绕主星运动;(3)当人工磁场与主星绕地球运动的轨道面垂直时,求解从星的运动方程得相对于主星速度为零、而相对位置不变的平衡点,平衡点是在相对运动坐标系中与主星相对静止的点,在该点从星所受的地球引力与洛伦兹力相抵消;(4)通过动力学分析,从已知平衡点出发,对运动方程进行线性化,得到一阶微分方程;当步骤(3)中的平衡点的雅可比矩阵存在纯虚数的特征根时,在其附近存在中心流形;线性系统下的与中心特征根对应的特征空间作为初始猜测值,利用牛顿迭代法来进行微分修正,从修正后的周期轨道出发,进行延拓计算,得到伴飞卫星绕主星运动的周期轨道族;(5)对步骤(4)中的周期轨道进行稳定性分析,选择稳定的周期轨道。
【技术特征摘要】
1.一种基于洛伦兹力的伴飞轨道设计方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)主星先绕地球做圆周运动,再在主星上放置一个自动旋转的人工磁场;(2)伴飞卫星处于主星上产生的旋转人工磁场中,旋转的磁场使伴飞卫星切割人工磁场磁感线,产生的洛伦兹力使伴飞卫星绕主星运动;(3)当人工磁场与主星绕地球运动的轨道面垂直时,求解从星的运动方程得相对于主星速度为零、而相对位置不变的平衡点,平衡点是在相对运动坐标系中与主星相对静止的点,在该点从星所受的地球引力与洛伦兹力相抵消;(4)通过动力学分析,从已知平衡点出发,对运动方程进行线性化,得到一阶微分方程;当步骤(3)中的平衡点的雅可比矩阵存在纯虚数的特征根时,在其附近存在中心流形;线性系统下的与中心特征根对应的特征空间作为初始猜测值,利用牛顿迭代法来进行微分修正,从修正后的周期轨道出发,进行延拓计算,得到伴飞卫星绕主星运动的周期轨道族;(5)对步骤(4)中的周期轨道进行稳定性分析,选择稳定的周期轨道。2.根据权利要求1所述的基于洛伦兹力的伴飞轨道设计方法,其特征在于,步骤(1)中,所述的人工磁场由三个正交的超导线圈产生,其旋转产生的扭矩由反应轮来抵消,用于稳定卫星的姿态,产生的磁场用磁偶极子来近似;通过控制每个线圈是否通电以及通过的电流大小,得到任何方向的磁场;其磁场强度表征为:其中,μ0=4π×10-7N/A2是真空磁导率,磁场强度是由线圈的圈数nc、通...
【专利技术属性】
技术研发人员:袁建平,程潏,孙冲,高琛,
申请(专利权)人:西北工业大学,
类型:发明
国别省市:陕西,61
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