[发明专利]一种基于星间洛伦兹力的多卫星编队构型设计方法

权利要求书

1.一种基于星间洛伦兹力的多卫星编队构型设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)主星先绕地球做圆周运动，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)求解了多个对称的步骤(3)中平衡点，平衡点存在中心流形时，其周围存在周期轨道，对其进行延拓，得到平衡点周围对应对称的周期轨道族；

(5)对步骤(4)中的周期轨道进行稳定性分析，选择稳定的、对称的周期轨道；

(6)通过在每个周期轨道上放置一个从星，得到一个多星编队构型。

2.根据权利要求1所述的基于星间洛伦兹力的多卫星编队构型设计方法，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n_c、通过的电流大小i_c以及线圈的横截面积所决定的；通过调节这三个参数可以生成不同量级的人工磁场，当i_c＝6.4×10⁹A、n_c＝1000以及R_c＝1m时，B₀约等于8×10⁵T·m²。

3.根据权利要求2所述的基于星间洛伦兹力的多卫星编队构型设计方法，其特征在于，步骤(2)中，伴飞卫星绕主星的运动方程为：

其中，r＝(x,y,z)和分别为伴飞卫星的位置向量和速度向量，n为主星绕地球运动的平转动角速度；f_L＝(f_x,f_y,f_z)^T为从星所受的洛伦兹力，可以表示为：

其中，为伴飞卫星的荷质比，v_r为伴飞卫星相对于磁场的速度，B为人工磁场的强度，ω_c为人工磁场的旋转角速度。

4.根据权利要求3所述的基于星间洛伦兹力的多卫星编队构型设计方法，其特征在于，步骤(3)中，伴飞卫星绕主星的运动方程简化为：

其中，σ为伴飞卫星的带电符号，也即的符号；(X,Y,Z)为从星无量纲化后的位置向量、(X',Y',Z')为其速度矢量，角速度比值为主星绕地的角度率与人工磁场的转动角速率之间的比值。

5.根据权利要求4所述的基于星间洛伦兹力的多卫星编队构型设计方法，其特征在于，步骤(5)中，稳定的周期轨道的单值矩阵的特征根实部小于0。

6.根据权利要求1所述的基于星间洛伦兹力的多卫星编队构型设计方法，其特征在于，步骤(4)中，选择四个平衡点周围的对应四个对称的周期轨道族。

7.根据权利要求1所述的基于星间洛伦兹力的多卫星编队构型设计方法，其特征在于，步骤(1)中，人工磁场旋转所需电能由太阳帆板提供。