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浅议利用变轨方法回收金属太空垃圾
摘要：现在太空垃圾已经成为人们需要解决的一个难题，从苏联的首颗人造卫星发射到太空，再到美俄通信卫星于太空相撞形成大量的太空垃圾。地球轨道上的碎片数量越来越多，人们已经将太空变成一个垃圾场。这里面有着大量的碎片，漂移的太空垃圾对于航天器以及宇航员造成很大威胁，为了保持良好的太空环境，就一定要通过有效的方式将太空垃圾开展回收，因此此篇论文选择利用变轨方法回收金属太空垃圾当作研究的主体进行深入的探讨，首先选择模型，其次建立模型，最终通过所建立的模型得出公式。
关键词：变轨方法；金属；太空垃圾
一、引言
按照火箭科学家专业的说法，“太空垃圾〞被称为“轨道碎片〞，不过一般人都将其称为“太空垃圾〞。如今，处理太空垃圾日益成为人类面临的一个难题。自从苏联第一颗人造卫星发射到太空到美国和俄罗斯的两颗通信卫星在太空相撞并产生大量太空垃圾，地球轨道上的碎片数量越来越多，我们已经将太空变成了一个垃圾场，里面充满着无数的碎片。不时飞过的太空垃圾无疑对这些航天器和宇航员的平安构成了严重威胁。为了保持良好的太空环境，我们必须对太空垃圾进行回收。此文通过相关资料证实通过万有引力定律、机械能守恒定律、动量守恒定律及电磁铁的应用能实现太空金属垃圾回收。通过改变金属垃圾的运行速度实现变轨，将变轨后的金属垃圾进行回收。最后经过计算判断其可以实现回收器的运行并完成金属垃圾的回收。
太空垃圾大都围绕一定的轨道运行；其主要成分有铁、镍、钴、锰等；当围绕地球运动的物体低于特定高度时，运动中的物体受到大气阻力。对此我们的回收器可以利用电磁铁吸附太空垃圾然后采用万有引力定律、机械能守恒定律、动量守恒定律将其在大气层中销毁或落及地球指定位置。
二、选择模型
回收器初始状态位于距地球一定距离的圆轨道，用电磁铁搜集到一定质量的太空垃圾后，回收器将电磁铁及其吸附的太空垃圾向后抛出，将金属垃圾送入指定轨道，因为金属垃圾轨道最低点低于特定高度，所以可以完成回收。
回收器以新的初始速度进入特定的椭圆轨道，在搜集一定质量的太空金属垃圾后，当运行到远地点时，将太空垃圾向其运行方向反向抛出，同样将金属垃圾送入指定轨道，因为金属垃圾轨道最低点低于特定高度，所以可以完成回收。至此，回收器即进入可重复执行回收金属垃圾的圆轨道运行状态。
三、建立模型
〔一〕前提条件

〔1〕回收器质量为m0〔100T〕，初始运行速率为v0；〔2〕初始轨道为圆轨道；〔3〕回收器搜集垃圾后速率不发生变化；〔4〕设电磁铁吸引物质量为m1、m2等〔m1、m2、…、mn〕；〔5〕不计电磁铁质量；

〔1〕忽略温度和频率对磁导率的影响；〔2〕电磁铁铁芯材料为铸铁，铸铁磁导率为200～400；〔3〕工作中我们认为铸铁为300H/m；〔4〕线圈面积为6m2；〔5〕线圈匝数10圈；

〔1〕大氣层主要成分稳定；〔2〕大气层密度随高度增加而减小；〔3〕大气层厚度约1000km〔对运动物体产生阻力〕；

〔1〕忽略地球外天体对回收器的影响；〔2〕忽略地球自转及公转对回收器的影响；〔3〕视地球为标准球体；〔4〕地球的几何中心与质心完全重合；〔5〕地球半径R=6371km；
〔r1〕
当金属太空垃圾的轨道近地点〔