CN103863584A - 一种小行星变轨方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及涉及一种小行星变轨方法。该方法以太阳帆与小行星构成绳系编队飞行系统改变小行星轨道，首先太阳帆向后水平抛出连接着系绳的系绳锁，太阳帆绕小行星一周后捕获系绳锁，并与系绳锁对接，然后收缩系绳使系绳捆绑在小行星表面；借助小行星的自转将太阳帆甩开；然后通过调节太阳帆的姿态来调节太阳帆所受到的光压力大小，并通过系绳将作用力传递到小行星上，利用这个作用力逐渐减小小行星的自转速度；待小行星自转速度降低之后通过调节太阳帆的姿态，转移至低能转移轨道。本方法有益效果在于既能解除小行星对地球的威胁，又不会破坏小行星的结构和成分，而且可以长期变轨从而控制小行星成为人类行星际探测的中转站。

Description

一种小行星变轨方法
技术领域
本发明属于航天轨道动力学技术领域，涉及一种小行星变轨方法。
背景技术
近地小行星撞击地球虽然是小概率事件，但其可能性却不容忽略。对于目前提出的防御小行星撞击地球的方法，根据防御结果可以分为两类：一类是将小行星摧毁或将其分裂成对地球没有威胁的较小的天体；另一类是改变小行星的运行轨道。第一类方式不能保证被分裂成的小天体彻底对地球无害，即使小行星被分裂成足够小的天体，那么损毁小行星的同时，人类也失去了研究太阳系起源和演化的重要“信息载体”。对于第二种方式，现有的方法只能保证临时改变小行星的轨道，对于改变轨道后的小行星缺乏有效的控制手段，如有人提出了利用太阳帆与小行星碰撞来改变小行星轨道的方法，这种方法同样只能一次性改变小行星的轨道，碰撞后的小行星的运行轨道无法人为的进行控制，若干年后小行星是否还会对地球形成威胁不能完全排除，即改变轨道后的小行星仍然是一颗不可控的天体。
发明内容
为解决现有小行星变轨技术中存在问题，本发明旨在提出一种长期改变小行星轨道的方法。
为了实现上述目标，本发明采用以太阳帆与小行星构成绳系编队飞行系统改变小行星轨道。具体的，本发明包括以下步骤：S01：太阳帆向后水平抛出连接着系绳的系绳锁，太阳帆绕小行星一周后捕获系绳锁，并与系绳锁对接，然后收缩系绳使系绳捆绑在小行星表面。
S02：借助小行星的自转将太阳帆甩开；
S03：通过调节太阳帆的姿态来调节太阳帆所受到的光压力大小，并通过系绳将作用力传递到小行星上，利用这个作用力逐渐减小小行星的自转速度；
S04：待小行星自转速度降低之后通过调节太阳帆的姿态，使小行星转移至低能转移轨道。
具体的，该方法中的S03步骤改变轨道的存在两种情况：一是寻找太阳帆与小行星绳系编队飞行系统原轨道的不稳定流形和目标轨道的稳定流形的交会点，将小行星转移到安全轨道上；另一种是若不存在交会点则通过调节太阳帆来改变绳系编队飞行系统的不变流形，使得原轨道不稳定流形和目标轨道稳定流形形成交会，最终设计出小行星的低能转移轨道，将小行星转移到安全轨道上。
该方法中的太阳帆采用方形结构；太阳帆薄膜的材料是镀铝的聚酰亚胺或聚脂薄膜；系绳为较宽的网状结构的带子。
本方法有益效果在于提出一种既能解除小行星对地球的威胁，又不会破坏小行星的结构和成分，而且可以控制小行星成为人类行星际探测的中转站的方法。
附图说明
图1是单个太阳帆绳系小行星示意图；
图2是两个太阳帆绳系小行星示意图.
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
如图1所示，太阳帆1通过系绳2与小行星相连，以太阳帆1与小行星3构成绳系编队飞行系统改变小行星3轨道。其中太阳帆1利用太阳光压作用于高反射的薄膜帆面产生持续的加速度，具有无需携带大量推进剂的特点，可以实现太阳系的深空探测和星际航行任务。另外，系绳2的作用是动量交换，其原理是系绳2所连接的两个航天器由于在不同的轨道高度，速度不一致时会导致绳系张紧，运动速度较快的航天器会对运动慢的进行加速而自身速度减慢。系绳2为具有一定宽度的网状结构，可以增加附着的摩擦力。
那么如图2所示，两个方形太阳帆1通过系绳2与小行星3相连。利用太阳帆1产生的作用力通过系绳2施加到小行星3上，改变对地球有威胁的小行星3的运行轨道，并使其在我们设计的轨道上以期望的状态运行，此过程不会对小行星3产生任何损毁。
具体过程需要对太阳帆绳系小行星编队飞行所涉及的若干动力学进行深入研究，分析太阳帆绳系小行星以改变小行星轨道的能力，利用小行星3的自转将太阳帆1甩开；通过调节太阳帆1的姿态来调节太阳帆1所受到的光压力大小，并通过系绳2将作用力传递到小行星3上，利用这个作用力逐渐减小小行星3的自转速度；并设计小行星的低能转移轨道，待小行星3自转速度降低之后通过调节太阳帆1的姿态，转移至低能转移轨道。
上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种小行星变轨方法，其特征在于：以太阳帆（1）与小行星（3）构成绳系编队飞行系统改变小行星（3）轨道。
2.根据权利要求1所述的小行星变轨方法，其特征在于：具体包括以下步骤：S01：太阳帆（1）向后水平抛出连接着系绳（2）的系绳锁，太阳帆绕小行星一周后捕获系绳锁，并与系绳锁对接，然后收缩系绳使系绳捆绑在小行星表面。
S01：借助小行星（3）的自转将太阳帆（1）甩开；
S02：通过调节太阳帆（1）的姿态来调节太阳帆（1）所受到的光压力大小，并通过系绳（2）将作用力传递到小行星（3）上，利用这个作用力逐渐减小小行星（3）的自转速度；
S03：待小行星（3）自转速度降低之后通过调节太阳帆（1）的姿态，使小行星（3）转移至低能转移轨道。
3.根据权利要求1或2所述的小行星变轨方法，其特征在于：所述S03步骤通过寻找太阳帆（1）与小行星（3）绳系编队飞行系统原轨道的不稳定流形和目标轨道的稳定流形的交会点，将小行星（3）转移到安全轨道上；若不存在交会点则通过调节太阳帆（1）来改变绳系编队飞行系统的不变流形，使得原轨道不稳定流形和目标轨道稳定流形形成交会，最终设计出小行星（3）的低能转移轨道，将小行星（3）转移到安全轨道上。
4.根据权利要求1或2所述的小行星变轨方法，其特征在于：该方法中的太阳帆（1）采用方形结构。
5.根据权利要求1或2所述的小行星变轨方法，其特征在于：太阳帆（1）薄膜的材料是镀铝的聚酰亚胺或聚脂薄膜。
6.根据权利要求1或2所述的小行星变轨方法，其特征在于：系绳（2）为网状的宽带结构。
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