基于线段近似法的姿态控制线圈磁场位形研究

基于线段近似方法对几何结构相对复杂的偶极场姿态控制(Tilt-Slide-Rotate coils,TSR)线圈的线圈作用力进行了研究。在偶极场倾斜和偏移情况下,分别通过控制对侧和同侧TSR线圈产生磁力使偶极场线圈恢复平衡位置的情形进行了建模分析。计算TSR线圈和偶极场线圈耦合磁场及分析磁场线结构,并采用具有正弦电流形式的TSR线圈激励磁场模拟环向磁扰动,对扰动磁场在赤道面上的庞加莱截面图的磁场线结构和相位进行分析。发现仅通过一组同侧或对侧TSR线圈控制偶极场线圈使其恢复平衡时该过程具有力学不稳定性,需要多组TSR线圈协同控制。对全部TSR线圈施加伪正弦电流,会对背景偶极磁场产生压缩和拉伸效应,并且控制TSR线圈电流来控制压缩位置相位,该过程验证了多TSR线圈控制偶极场线圈姿态的可行性,但同时会使背景磁场发生漂移及形成开放磁场线,这可能会驱动等离子体不稳定性及导致粒子的损失。