(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111362034.1 (22)申请日 2021.11.17 (71)申请人 北京航空航天大 学 地址 100191 北京市海淀区学院路37号 (72)发明人 王晓慧　刘建岑　岳宇贤　 (74)专利代理 机构 北京慧泉知识产权代理有限 公司 11232 代理人 王顺荣　唐爱华 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种考虑冰含量的彗星准束缚态尘埃动力 学建模方法 (57)摘要 本发明涉及一种考虑冰含量的彗星准束缚 态尘埃动力学建模方法。 该方法根据彗核引力、 太阳引力、 太阳光压力、 气体作用力和升华反冲 力建立彗星尘埃动力学模型， 引入了尘埃表面冰 覆盖率系数， 可以实现对尘埃表面冰含量的分 析， 具体为： 步骤一： 建立尘埃表面温度模型； 步 骤二： 建立彗星轨道坐标系； 步骤三： 建立准束缚 态尘埃动力学方程。 本发明在逃逸态尘埃动力学 模型的基础上， 额外考虑了气体作用力和升华反 冲力， 建立了准束缚态尘埃的动力学模型， 通过 该模型可求解准束缚态尘埃的运动。 同时由于 尘 埃表面冰覆盖率决定了 尘埃受到的升华反冲力， 故该模型的求 解可反映尘埃的冰 含量。 权利要求书3页 说明书6页 附图2页 CN 114154309 A 2022.03.08 CN 114154309 A 1.一种考虑冰含量的彗星准束缚态尘埃动力学建模方法， 设彗核和尘埃为球体； 设尘 埃之间无相互作用， 忽略尘埃之 间的碰撞黏附； 在上述前提下， 建立准束缚态尘埃的动力学 模型， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤一： 建立彗 核/尘埃表面温度模型 彗核/尘埃温度模型反映了彗核/尘埃表面任意一点的温度； 彗核/尘埃表面的辐射能 量包括日照辐射能量和全球 基础温度辐射能量两 部分； 日照辐射能量来源于太阳辐射， 彗核/尘埃服从不良导体传热规则和辐射定律； 全球基 础温度辐射能量由彗 核/尘埃的导热效应和自转产生； 步骤二： 建立彗 星轨道坐标系s 彗星轨道坐标系是指原点 为彗核中心的相对坐标系； 步骤三： 建立 准束缚态尘埃动力学 方程 准束缚态尘埃动力学方程投影在彗星轨道坐标系， 在该相对坐标系下， 尘埃受到彗核 引力、 太阳引力、 太阳光压力、 气体作用力、 升华反冲力、 牵连惯性力和科 里奥利力作用。 2.根据权利要求1所述的一种考虑冰含量的彗星准束缚态尘埃动力学建模方法， 其特 征在于： 在步骤一中， 彗核/尘埃服从不良导体传热规则和辐射定律， 球形彗核/ 尘埃昼半球 表面温度分布设为： 其中θ为日照高度角， Teq为热力学平均温度； 由于尘埃实际上存在较强的导热效应和自 转， 其因此存在一个全球基础温度； 设昼半球与日照角度相关的辐 射能量占比为λ， 则剩余 (1‑λ )比例的能量 为全球基础温度对应的辐射能量： Iglobal＝(1‑λ )·σ Teq4 式中， σ 为Stefan ‑Boltzmann常数， 从而昼半球的辐射能量： Iday＝ λ σ·4sinθ·Teq4+(1‑λ )·σ Teq4 相应地， 尘埃全球的温度分布为： 3.根据权利要求1所述的一种考虑冰含量的彗星准束缚态尘埃动力学建模方法， 其特 征在于： 在步骤二中， 定义彗星轨道坐标系： 原点为彗核中心， xA轴沿太阳中心与彗核中心 连线， 从太阳指向彗核为正方向； zA轴垂直于彗星 轨道平面； yA轴根据右手定则得到， 顺向彗 星运动方向为 正方向。 4.根据权利要求1或2所述的一种考虑冰含量的彗星准束缚态尘埃动力学建模方法， 其 特征在于： 在步骤三中， 所述准束缚态尘埃动力学方程投影在彗星轨道坐标系， 在该相对坐 标系下， 尘埃受到彗核引力、 太阳引力、 太阳光压力、 气体作用力、 升华反冲力、 牵连惯性力 和科里奥利力作用， 准束缚态尘埃动力学 方程写为 式中， m表示 尘埃质量， ar表示尘埃相对加速度， vr表示尘埃相对速度， Fgc表示彗核引力，权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114154309 A 2Fgs表示太阳引力， Frs表示太阳光压力， Fgas表示气体作用力， Fsub表示升华反冲力， Fe表示牵 连惯性力， FC表示科里奥利力。 5.根据权利要求1或4所述的一种考虑冰含量的彗星准束缚态尘埃动力学建模方法， 其 特征在于： 所述彗 核引力为彗 核对尘埃的引力， 方向由尘埃质心指向彗 核质心， 表示 为： 式中， G为引力常数， Mc为彗核质量， rc为彗核中心至尘埃距离， ρ 为尘埃密度， d为尘埃直 径。 6.根据权利要求1或4所述的一种考虑冰含量的彗星准束缚态尘埃动力学建模方法， 其 特征在于： 所述太阳引力为太阳对尘埃的引力， 方向由尘埃质心指向太阳质心， 表示 为： 式中， Ms为太阳质量， rs为太阳中心至尘埃距离； 所述太阳光压力为尘埃被太阳光压推动的作用力， 方向由尘埃质心指向太阳质心的反 方向； 定义β 为太阳光压力系数， 其 值大小为太阳光压力和太阳引力之比， 表示 为： 式中， Lsun为太阳辐射功率， Qpr为辐射压力散射系数， c为 光速； 则太阳光压力 7.根据权利要求1或4所述的一种考虑冰含量的彗星准束缚态尘埃动力学建模方法， 其 特征在于： 所述气体作用力为彗核附近升华气体带动尘埃运动的作用力， 设气流速度为径 向， 则任意 一点的气体密度写为： 式中R0为彗核直径， R为该点距彗核中心距 离， Vgas为气流速度， 假定为常值， ω为气体升 华速率； 分别从周向和径向考虑气体作用力， 式中， Fgas_r为径向气体作用力， Fgas_c为周向气体作用力； 径向气体作用力表示 为： 式中， ρgas为该点气体密度， Vgas为气流速度， Vr为尘埃径向速度， Cr为径向气体作用系 数， S为尘埃截面积； 周向气体作用力表示 为：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114154309 A 3