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申请/专利权人：北京航空航天大学

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。

主权项：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；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·σTeq4式中，σ为Stefan-Boltzmann常数，从而昼半球的辐射能量：Iday＝λσ·4sinθ·Teq4+1-λ·σTeq4相应地，尘埃全球的温度分布为： 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，Fgs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；所述升华反冲力是指尘埃表面水冰挥发升华对尘埃产生的反作用力；在步骤一中已建立了尘埃的表面温度模型，根据该模型得到尘埃表面任意一点的温度；根据气体挥发升华速率的Knudsen定律，得到尘埃表面任意一点的升华速率： 式中，ωT为挥发升华速率，单位为kgs·m2；pstT为饱和蒸气压，Mgas为气体摩尔质量，R为热力学常数；根据动量守恒，对气体升华量进行全球积分，即求得升华反冲力； 式中，η为升华系数，与尘埃真实温度和尘埃冰含量有关，Vgas_sun为对日方向气体速度分量；由于升华速率与表面冰含量有关，故升华反冲力的大小反映了尘埃表面冰覆盖率的大小；设水冰在尘埃表面均匀分布，在温度确定的情况下，升华系数在数值上等于尘埃表面冰覆盖率。

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