[发明专利]一种厘米级空间碎片激光烧蚀冲量和冲量矩的计算方法

权利要求书

1.一种厘米级空间碎片激光烧蚀冲量和冲量矩的计算方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1：在静止坐标系下，计算空间碎片激光烧蚀力和激光烧蚀力矩，具体为：

S11：利用曲面积分计算激光烧蚀力和激光烧蚀力矩；

S12：利用方程描述空间碎片轨道和姿态运动；采用径向横向坐标系下轨道动力学方程描述空间碎片轨道运动，采用体固联坐标系下姿态动力学方程描述空间碎片姿态运动，采用体固联坐标系相对于零时刻径向横向坐标系转动的欧拉角表示空间碎片姿态运动；

S13：利用轨道动力学方程计算空间碎片单位质量激光烧蚀冲量；

S14：利用姿态动力学方程计算空间碎片单脉冲激光烧蚀冲量矩；

S2：在体固联坐标系下，计算空间碎片单位质量激光烧蚀冲量与单脉冲激光烧蚀冲量矩,具体为：

S21：计算空间碎片平台位置矢量与激光辐照方向矢量；

S22：计算体固联坐标系下空间碎片单位质量激光烧蚀冲量；

S23：计算体固联坐标系下空间碎片单脉冲激光烧蚀冲量矩；

S3：在径向横向坐标系下，计算空间碎片单位质量激光烧蚀冲量,具体为：

S31：进行惯性坐标系、径向横向坐标系和体固联坐标系的旋转变换；

S32：计算空间碎片单位质量激光烧蚀冲量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S11具体为：

S111：计算单脉冲激光烧蚀冲量与激光烧蚀力

对于半球体表面上的任意面积微元dA，激光入射方向单位矢量为e，激光等离子体羽流反喷方向单位矢量为n，沿着dA法线方向，反喷冲量矢量为dI，方向为n的反方向，激光辐照和烧蚀下，面积微元dA上产生的冲量大小为

|dI|＝|C_mF_Lcos(e,n)dA|

式中，C_m为冲量耦合系数，即消耗单位激光能量所获得的冲量，F_L为激光束横截面上单位面积入射激光能量；

在面积微元dA上，单脉冲激光烧蚀冲量为

dI＝-|dI|n＝[C_mF_Lcos(e,n)dA]n

式中，该面积微元能够被激光辐照的条件为cos(e,n)＜0；

在给定的静止坐标系X_sY_sZ_s中，单位矢量e＝(e_x,e_y,e_z)和n＝(n_x,n_y,n_z)，有

式中，激光辐照任意曲面A上产生的单脉冲激光烧蚀冲量为

式中，积分是被激光辐照曲面A上的曲面积分；

激光烧蚀力作用时间为τ′_L，在静止坐标系X_sY_sZ_s中，设激光烧蚀力为有F_Xτ′_L＝(F_xτ′_L,F_yτ′_L,F_zτ′_L)^T＝(I_x,I_y,I_z)^T；

S112：计算单脉冲激光烧蚀冲量矩与激光烧蚀力矩

在静止坐标系X_sY_sZ_s中，空间碎片质心C的坐标为(x_C,y_C,z_C)，在碎片表面上任意一点(x,y,z)处，该点到质心的矢量为

r_C＝(x-x_C,y-y_C,z-z_C)^T

在该点面积微元dA上，激光辐照所产生的微冲量元为dI＝[(dI)_x,(dI)_y,(dI)_z]^T，微冲量元对碎片质心的冲量矩为：

式中，为坐标轴方向的单位矢量，微冲量矩的分量为：

(dL_I)_x＝[(y-y_C)(dI)_z-(z-z_C)(dI)_y]

(dL_I)_y＝[(z-z_C)(dI)_x-(x-x_C)(dI)_z]

(dL_I)_z＝[(x-x_C)(dI)_y-(y-y_C)(dI)_x]

激光辐照任意曲面A所产生的单脉冲激光烧蚀冲量矩为：

激光烧蚀力作用时间为τ′_L，在静止坐标系X_sY_sZ_s中，设激光烧蚀力矩为L_FX＝(L_Fx,L_Fy,L_Fz)^T，有L_FXτ′_L＝(L_Fxτ′_L,L_Fyτ′_L,L_Fzτ′_L)^T＝(L_I,x,L_I,y,L_I,z)^T。