[发明专利]一种非轴对称细长形小天体引力场简化建模方法

说明书

本发明涉及一种小天体引力场简化建模方法，属于航空航天技术领域。现有的建模方法对于非轴对称的细长形小天体简化建模适用性不足，而本发明的简化建模方法特别适用于非轴对称细长形小天体的引力场简化建模，具体步骤为：首先，建立非轴对称三质点模型的简化模型动力学方程；然后，推导简化模型平衡点位置方程，并建立最小化平衡点位置偏差的简化建模模型参数优化问题；最后，通过非线性优化方法求解细长形小天体引力场简化模型最优参数。该方法在优化求解过程中所涉及的优化参数个数少并且平衡点求解方程为代数方程，匹配非轴对称的细长形小天体平衡点时精度良好，扩展了现有设计方法的适用范围。

技术领域

本发明涉及一种小天体引力场简化建模方法，尤其涉及一种非轴对称细长形小天体的引力场简化建模方法，属于航空航天技术领域。

背景技术

小天体探测由于其巨大的科学意义和工程价值，目前已成为深空探测领域的重要方向。美国、日本、欧洲等均已开展了包括小行星和彗星在内的小天体探测任务。宇宙中的小天体数量众多、形状各异，而细长形小天体是小天体中常见的一类，如美国舒梅克号任务的目标小行星433Eros，日本隼鸟号任务的目标小行星25143 Itokawa，美国深度撞击任务飞越探测的彗星103P/Hartley等。

小天体引力场建模是小天体探测任务分析和开展的关键基础。而小天体引力场简化建模相比于多面体法等精确建模方法，具有参数少、计算效率高的优点，便于深入分析小天体附近动力学，也可以用于指导设计小天体引力场中轨道与控制律。因而小天体引力场简化建模已成为小天体引力场建模研究的当前热点问题之一。

在已发展的细长形小天体简化建模方法中，在先技术(Zeng X,Jiang F,Li J,etal.Study on the connection between the rotating mass dipole and naturalelongated bodies[J].Astrophysics and Space Science,2015,356(1):29-42)中，采用偶极子模型作为简化模型，并提出了一种通过匹配简化模型平衡点位置和多面体模型(即一种精确模型)的平衡点位置来设计简化模型参数的方法。该方法的优点是和精确模型建立了联系并且可以体现小天体质量沿长度方向(即x轴方向)分布的不均匀性。但该方法采用的简化模型关于x轴对称，对于非x轴对称的小天体(如243Ida)不适用。

在先技术(Lan L,Yang H,Baoyin H,et al.Retrograde near-circularperiodic orbits near equatorial planes of small irregular bodies[J].Astrophysics and Space Science,2017,362(9):169)中，建立了关于y轴对称的三质点模型作为简化模型，适用于匹配关于x轴非对称而关于y轴对称的小天体。但是该模型也具有对称性，在应用于非y轴对称的小天体243Ida、433Eros等时匹配误差大，适用性不足。

发明内容

本发明为解决现有建模方法对于非轴对称的细长形小天体简化建模适用性不足，提出一种基于非轴对称三质点模型和非线性优化设计方法的非轴对称细长形小天体引力场简化建模方法。

本发明的技术方案为：

一种非轴对称细长形小天体引力场简化建模方法，具体步骤为：

步骤一，建立基于非轴对称三质点模型的简化模型动力学方程