一种纯引力轨道万有引力干扰抑制的质量补偿设计方法，包括以下步骤：1.获取航天器质量分布数据，确定万有引力干扰的作用域，计算作用域内的万有引力干扰，并明确万有引力干扰抑制要求；2.选取参考点，设置参考点的万有引力干扰抑制目标；3.确定质量补偿设计结果；4.将质量补偿设计结果添加到航天器质量分布数据中，重新计算作用域内的万有引力干扰；5.检验补偿设计结果是否满足作用域的万有引力干扰抑制要求；6.根据步骤5的检验结论，若满足要求，则得到可用的补偿设计结果；若不满足要求，则重新设置参考点的万有引力干扰抑制目标，重复步骤3-步骤5。通过本发明专利技术的方法，得到能够实现对特定区域纯引力轨道万有引力干扰抑制的质量补偿方案。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及航天动力学
，尤其涉及。
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，需要验证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《原子核物理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，利用验证质量沿着近地纯引力轨道飞行，并获取验证质量的纯引力轨道，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弓I力轨道(Acquirement of pure gravity orbit using precision formation flyingtechnology)，，)。对于这些任务的科学目标而言，外航天器作用在内部验证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》(Classicaland 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 error estimates for LISA spurious accelerations)，，)。因此，对纯引力轨道的万有引力干扰进行抑制，是提高纯引力轨道性能的重要内容。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，采用航天器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验证质量的引力、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》(Classicaland Quantum Gravity) 2005年第22卷第10期S395-S402页的文章“LISA自引力分析模型(Self-gravity modeling for LISA)”)。由于万有引力干扰超过了允许范围，LISA模型团队为其先验任务LISA探路者设计了一个环形补偿块，实现了对万有引力及其梯度的有效抑制(参见《经典与量子引力》(Classical and Quantum Gravity) 2005年第22卷第10期S501-S507页的文章“LISA探路者的万有引力干扰补偿(Gravitational compensationfor the LISA pathfinder)，，)。但是LISA任务中，验证质量相对其标称位置的偏移量在Pm量级，因此万有引力干扰补偿可以视为抵消外航天器在某一点的万有引力，而更广泛的纯引力飞行任务中，验证质量相对于其标称位置具有cm量级的位置偏差，因此，LISA验证质量万有引力干扰补偿不能满足对特定区域的万有引力进行抑制的作用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种新型的纯引力轨道万有引力干扰抑制的质量补偿设计方法，解决上述问题。为了实现上述目的，本专利技术纯引力轨道万有引力干扰抑制的质量补偿设计方法采用的技术方案如下 步骤S101，获取航天器质量分布数据，确定万有引力干扰的作用域，计算所述作用域内的万有引力干扰，并明确所述作用域内的万有引力干扰抑制要求；步骤S102，选取参考点，设置所述参考点的万有引力干扰抑制目标；步骤S103,确定质量补偿设计结果；步骤S104，将所述质量补偿设计结果添加到所述航天器质量分布数据中，重新计算所述作用域内的万有引力干扰；步骤S105，检验所述补偿设计结果是否满足所述作用域的万有引力干扰抑制要求；步骤S106，根据步骤S105的检验结论，若满足所述作用域的万有引力干扰抑制要求，则得到一个可用的补偿设计结果，根据所述可用的补偿设计结果确定补偿块的大小及安装位置；若不满足所述作用域的万有引力干扰抑制要求，则重新设置所述参考点的万有引力干扰抑制目标，重复步骤S103-步骤S105。所述的质量补偿设计结果根据所述参考点的万有引力干扰抑制目标及对补偿块加工和安装精度的工程和工艺约束确定。所述参考点位于所述作用域内。所述参考点的万有引力干扰抑制目标通过以下公式确定Fjjt < FJjr| , j = x, y, zFjj 11 + Tt I 12 d < FJjr| , j = x, y, zFt为所述参考点的万有引力，Tt为所述参考点梯度的抑制目标，d为所述作用域的包络半径。所述参考点的万有引力干扰及所述参考点梯度抑制通过以下公式进行计算 sin cos ￠7; I Fxfi Fx，cGYi n% sin0sin灼 + F 0 二 F , i = 1,2, ...，n“d) COS^,F0 F L I」_ 2，0 _ _ 二，c _ 2(sinOi cos (Pi f — (sin Oi sin (Pi f — (cos Oi f「Vxxfi I 「FTX，C — —(sinO1 cos(P1 )2 + 2(sinO1 sin約)2 -(cosOi)2Vo ^yy,cGX^mi 3 ~(sin^cos^')2-(sin6>,sin^)2+2(cos6>,)2+ 二 ::z，c >i = z ...，n1 (ro + ri) -3(sin Oi cos Cpi) (sin 9t sin<pt)k.，0 ; x》'’c -3(sin Gi cos ) (cos Gi)^xz'0xz’c-3(sinBi sin) (cosOi)L「vz，0」 L^>’z，c —其中，r。是包含验证质量的腔体半径,Fx,C1, Fy,C1, Fzj0是补偿前航天器在验证质量标称位置处的万有引力，Vyyj0, Vzzj0, Vxyj0, Vzxj0, Vyzj0是补偿前航天器在验证质量标称位置处的万有引力梯度分量，Fx,。，Fy,。，Fz,。，Vxx,。，Vyy,。，Vzz,。，Vxy,。，Vxz,。，Vyz,。分别是补偿后的万有引力与其梯度分量。所述补偿块的质量和安装位置根据由所述参考点万有引力干扰抑制目标和补偿块的质量和安装位置约束建立的补偿块质量和安装位置约束优化模型确定。所述补偿块的质量为4 3mj 二 'Tcri pc, I = 1,2,…n 其中，设补偿块的个数为n个，&为所述n给补偿块的半径，i = 1，2吣11，P。为补偿块的密度。所述补偿块的大小和安装位置约束优化模型通过以下公式确定目标:mmI>z，i= 1,2,…，n irj ^ 0,0 ^n ,Q < (Pi <2tt约束IFj, c I ( I Fj, 11，j = x，y, zmax(|Vj，|Vyy,c|, |VZZ,C|，|Vxy,c|, |VXZ,C|，|Vyz,c|) ( I Tt | |2将n从I逐渐增大，直到n = Iitl时出现可使用补偿设计结果；若不能得到可使用的设计补偿结果，则调整Ft和I |Tt| I2，重新对所述补偿块的大小和安装位置约本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张育林，王兆魁，谷振丰，范丽，项军华，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：
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