[发明专利]利用涡流效应实现空间碎片消旋的小卫星编队设计方法

权利要求书

1.利用涡流效应实现空间碎片消旋的小卫星编队设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、航天器平台选择需要进行抓捕的空间碎片，对其进行逼近机动到距离空间碎片100±5m的位置，以备释放小卫星进行下一步工作；

步骤二、航天器平台根据自身与单个空间碎片的相对位置、相对速度的碎片的外形尺寸，对所要释放的四颗小卫星进行编队构型的设计，建立编队与空间碎片的相对运动模型；

步骤三、利用航天器平台的释放装置依次释放四颗小卫星，并根据建立的相对运动模型选择释放时推力的大小，使小卫星散落在所要消旋的空间碎片周围；

步骤四、卫星展开通电螺线圈和太阳能帆板，通过控制小卫星的释放时的位置和速度使它们以目标碎片为中心形成自然的圆或椭圆编队，其中平面内的两颗小卫星正对碎片一个旋转轴，平面外的两颗小卫星正对碎片的一个旋转轴；

步骤五、利用太阳能帆板产生电能对通电螺线圈进行通电，产生磁场对碎片进行消旋，减小碎片两个轴翻滚的角速度，直至将碎片的旋转角速度减小到限制值以下；将平面内的两个小卫星进行小机动，改变编队构型，使其正对碎片的第三个旋转轴，减小该轴的翻滚角速度，直至将碎片的旋转角速度减小到限制值以下。

2.根据权利要求1所述的利用涡流效应实现空间碎片消旋的小卫星编队设计方法，其特征在于，步骤二中，建立编队与空间碎片的相对运动模型的具体方法如下：

目标碎片沿近圆轨道运行时，其周围的小卫星编队相对碎片的运动方程用C-W方程表示，即：

x··-2ny·-3n2x=Fxm=axy··+2nx·=Fym=ayz··+n2z=Fzm=az---(1)]]>

式中，n为平均角速度，对于圆轨道

作用力为零的情况下，写出自由相对运动方程：

x··-2ny·-3n2x=0y··+2nx·=0z··+n2z=0---(2)]]>

设初始条件为t₀,x₀,y₀,z₀,得到方程(2)的解析解为

x=4x0+2y·0k+x·0ksin kτ-(2y·0k+3x0)cos kτy=y0-2x·0k+(4y·0k+6x0)sin kτ+2x·0kcos kτ-(6kx0+3y·0)τz=z0cos kτ+z·0ksin kτx·=(3kx0+2y·0)sin kτ+x·0cos kτy·=-6kx0-3y·0+(4y·0+6kx0)cos kτ-2x·0sin kτz·=z·0cos kτ-kz0sin kτ---(3)]]>

式中，τ＝t-t₀；

若初始条件则y有随时间不断增长的项，因而相对距离越来越大；如果初始条件满足则在轨道平面内x和y的方程能够转化为一个封闭的椭圆方程：

(xa)2+(y-y0+2x·0k2a)2=1---(4)]]>

其中，且椭圆方程长半轴为短半轴的2倍。