利用部件质量特性计算卫星腔体内万有引力的等效质点组方法技术

一种利用部件质量特性计算卫星腔体内万有引力的等效质点组方法，1，根据任务需求，设计确定卫星上的部件；2，利用质量特性综合测量仪，测量步骤1所确定的部件中的某一部件的质量特性并记录；3，根据步骤2的测量结果，建立等效质点组满足的数学方程；4，根据步骤3的方程，求解得到所需要的等效质点组；5，根据步骤4所求解的等效质点组，计算该部件的万有引力及其梯度；6，重复2-5，计算出所有部件的万有引力及其梯度，求和得到卫星在腔体内的万有引力及其梯度。本发明专利技术在计算卫星上质量分布复杂部件的万有引力时，能够利用实际可测的质量特性信息，以二阶精度实现万有引力的计算，且不受部件形状的影响，在工程上有较广的适用范围。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及航天动力学
，尤其是涉及一种。
技术介绍
一些以基础物理实验为任务目标的空间任务，如探测引力波和检验广义相对论的LISA和ASTROD任务，需要位于卫星腔体内的参考质量沿着纯引力轨道飞行(参见期刊 《经典与量子引力》(Classical and Quantum Gravity) 2003年第20卷的文章“LISA的集成模型(The LISAintegrated model) ” 和期刊《原了核物理 B》(Nuclear Physics B) 2007 年第166卷153-158页文章“ASTR0D (激光天文动力学)and ASTROD I”)。同样，利用参考质量沿着近地纯引力轨道飞行，并获取参考质量的纯引力轨道，能够用于精确测量地球重力场(参见期刊《国际宇航联会刊》(Acta Astronautica) 2012年特刊文章“采用精密编队飞行技术获取纯引力轨道(Acquirement of pure gravity orbit using precision formation flying technology)”)。对于这些任务的科学目标而言,卫星作用在腔体内部参考质量上的万有引力是一个主要的干扰力，影响纯引力轨道的性能水平(参见《经典与量子引力》(Classical and Quantum Gravity) 2004 年第 21 卷第 5 期 S653-S660 页的文章“当前的LISA残余加速度误差估计(Current errorestimates for LISA spurious accelerations) ”)。精确计算纯引力轨道的万有引力干扰，是克服该项干扰从而提高纯引力轨道性能的基础。现有技术中，LISA模型团队建立了万有引力干扰的数值计算方法，采用卫星有限单元模型提供的结点质量和位置，并将每个单元近似为质点计算其对参考质量的引力、 力矩和梯度作用，然后对所有单元求和得到整体量(参见《经典与量子引力》(Classical and QuantumGravity) 2005年第22卷第10期S395-S402页的文章“LISA自引力分析模型 (Self-gravitymodeling for LISA)，，)。但是，这种利用卫星模型计算万有引力干扰的方法，对卫星有限单元模型的质量分布精度要求苛刻，使得材质非均匀部件的精确建模非常困难。在更广泛的纯引力飞行任务中，可以采用本专利技术所提出的方法利用实际可测的部件质量特性精确计算万有引力干扰。
技术实现思路
本专利技术的目的在于设计一种新型的，解决上述问题。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下—种，包括步骤如下步骤1，根据任务需求，设计确定卫星上的部件；步骤2，利用质量特性综合测量仪，测量步骤I所确定的部件中的某一部件的质量特性并记录；步骤3，根据步骤2的测量结果，建立等效质点组满足的数学方程；步骤4，根据步骤3的方程，求解得到所需要的等效质点组；步骤5，根据步骤4所求解的等效质点组，计算该部件的万有引力及其梯度；步骤6，重复步骤2-5，计算出所有部件的万有引力及其梯度，求和得到卫星在腔体内的万有引力及其梯度。优选的，所述步骤3中所示的根据步骤2的测量结果，建立等效质点组满足的数学方程，具体包括设步骤二中测得某一部件B的质量为M。，在参考直角坐标系OXYZ中质心位置为ο (X0, Y。，Z0)，在该部件主轴坐标系oyxz中的转动惯量矩阵为<)O I 00 L 心设与所述部件B质量特性相同的等效质点组包含Nrc个质点，质点的质量记为mrc, i, i = 1,2,…Nrc,在该部件主轴坐标系oyxz中的坐标依次为(xPe, i，yPG, i, zPGj J , i = I,Σ彳《.力 /=]优选的，所述步骤5中所示的，根据步骤4所求解的等效质点组，计算该部件的万有引力及其梯度，具体包括等效质点组中质点的坐标(Xpe, i，ypG, i, Zrc,), i = 1,2,…Nrc是在部件B的主轴坐标系中给出的，部件B的主轴坐标系到参考直角坐标系的旋转矩阵为Rtjb,则等效质点组在参考直角坐标系中的的坐标为( A i-η,.hλ · ^ρ(,Μλ · Zpuj'i) = (·'/■(·;. *) /·<;. * -pi;.·.)民+ (A · .)(. 2 /记录等效质点组在参考直角坐标系中的以上坐标，则可以始终利用等效质点组计算部件B在腔体内一点(X。，Y。，Ztl)的万有引力2，…Nrc，则等效质点组满足的数学方程为 ^ I = Me本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用部件质量特性计算卫星腔体内万有引力的等效质点组方法，其特征在于，包括步骤如下：步骤1，根据任务需求，设计确定卫星上的部件；步骤2，利用质量特性综合测量仪，测量步骤1所确定的部件中的某一部件的质量特性并记录；步骤3，根据步骤2的测量结果，建立等效质点组满足的数学方程；步骤4，根据步骤3的方程，求解得到所需要的等效质点组；步骤5，根据步骤4所求解的等效质点组，计算该部件的万有引力及其梯度；步骤6，重复步骤2？5，计算出所有部件的万有引力及其梯度，求和得到卫星在腔体内的万有引力及其梯度。

【技术特征摘要】
1.一种利用部件质量特性计算卫星腔体内万有引力的等效质点组方法，其特征在于，包括步骤如下 步骤1，根据任务需求，设计确定卫星上的部件； 步骤2，利用质量特性综合测量仪，测量步骤I所确定的部件中的某一部件的质量特性并记录； 步骤3，根据步骤2的测量结果，建立等效质点组满足的数学方程； 步骤4，根据步骤3的方程，求解得到所需要的等效质点组； 步骤5，根据步骤4所求解的等效质点组，计算该部件的万有引力及其梯度； 步骤6，重复步骤2-5，计算出所有部件的万有引力及其梯度，求和得到卫星在腔体内的万有引力及其梯度。2.根据权利要求I所述的利用部件质量特性计算卫星腔体内万有引力的等效质点组方法，其特征在于所述步骤3中所示的根据步骤2的测量结果，建立等效质点组满足的数学方程，具体包括 设步骤二中测得某一部件B的质量为M。，在参考直角坐标系OXYZ中质心位置为ο ...

【专利技术属性】
技术研发人员：张育林，王兆魁，谷振丰，范丽，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：