用matlab代码实现零时刻绕地运行且轨道半径为7000km的服务星通过霍曼转移,向零时刻绕地运行且轨道半径为8000km的目标星运行并相遇,服务星与目标星还有地球都视为质点,画出服务星与目标星的运动轨迹图,并画出过程中时间与服务星与目标星相对距离的图
时间: 2023-12-03 07:44:37 浏览: 29
这个问题需要一个比较长的回答,包含了许多细节。下面是大致的步骤和代码示例供参考。
首先,我们需要计算服务星和目标星之间的离心率和半长轴。根据霍曼转移的公式,半长轴可以用以下公式计算:
```
a = (r1 + r2) / 2 + sqrt(mu) * sqrt((r1 + r2) / 2 * (1 / r1 + 1 / r2));
```
其中,`r1` 和 `r2` 分别是服务星和目标星的轨道半径,`mu` 是地球的标准引力常数。离心率可以用以下公式计算:
```
e = (r2 - r1) / (2 * a);
```
接下来,我们需要计算服务星和目标星的初始位置和速度。根据霍曼转移的公式,服务星的速度可以用以下公式计算:
```
v1 = sqrt(mu * ((2 / r1) - (1 / a)));
```
服务星的位置可以设为 `(r1, 0)`,速度可以设为 `(0, v1)`。同样地,目标星的速度可以用以下公式计算:
```
v2 = sqrt(mu * ((2 / r2) - (1 / a)));
```
目标星的位置可以设为 `(-r2, 0)`,速度可以设为 `(0, -v2)`。
有了初始位置和速度,我们就可以用 MATLAB 的 `ode45` 函数模拟服务星和目标星的运动了。下面是代码示例:
```matlab
% 常数定义
mu = 3.986e5; % 地球的标准引力常数
% 轨道参数计算
r1 = 7000; % 服务星轨道半径
r2 = 8000; % 目标星轨道半径
a = (r1 + r2) / 2 + sqrt(mu) * sqrt((r1 + r2) / 2 * (1 / r1 + 1 / r2)); % 半长轴
e = (r2 - r1) / (2 * a); % 离心率
% 初始位置和速度
v1 = sqrt(mu * ((2 / r1) - (1 / a))); % 服务星速度
pos1 = [r1; 0]; % 服务星位置
vel1 = [0; v1]; % 服务星速度
v2 = sqrt(mu * ((2 / r2) - (1 / a))); % 目标星速度
pos2 = [-r2; 0]; % 目标星位置
vel2 = [0; -v2]; % 目标星速度
% 模拟参数
tspan = [0, 8000]; % 模拟时间范围
y0 = [pos1; vel1; pos2; vel2]; % 初始状态
% 模拟运动
[t, y] = ode45(@(t, y) sat_motion(t, y, mu), tspan, y0);
% 提取服务星和目标星的位置
pos1 = y(:, 1:2)';
pos2 = y(:, 7:8)';
% 绘制轨迹图
figure(1);
plot(pos1(1,:), pos1(2,:), 'b');
hold on;
plot(pos2(1,:), pos2(2,:), 'r');
axis equal;
grid on;
xlabel('x (km)');
ylabel('y (km)');
legend('Service satellite', 'Target satellite');
% 计算相对距离
rel_dist = vecnorm(pos1 - pos2);
% 绘制时间与相对距离图
figure(2);
plot(t, rel_dist, 'k');
grid on;
xlabel('Time (s)');
ylabel('Relative distance (km)');
```
其中,`sat_motion` 函数用来计算服务星和目标星的加速度,代码如下:
```matlab
function dydt = sat_motion(t, y, mu)
% 计算服务星和目标星的加速度
% 提取状态向量
pos1 = y(1:2);
vel1 = y(3:4);
pos2 = y(5:6);
vel2 = y(7:8);
% 计算距离和方向向量
dist = norm(pos2 - pos1);
dir_vec = (pos2 - pos1) / dist;
% 计算加速度
acc1 = mu / dist^2 * dir_vec;
acc2 = -acc1;
% 组合状态向量
dydt = [vel1; acc1; vel2; acc2];
end
```
注意,在模拟过程中,我们假设服务星和目标星之间没有相互作用,它们只受地球的引力作用。实际上,由于它们之间存在引力,它们的轨道会略微偏离预期的轨道,但这种偏差通常很小,可以忽略不计。
希望这个代码示例对你有所帮助!