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空间目标轨道外热流计算及辐射特性研究

郑鸿儒,马岩,张帅,王建超,曲友阳

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郑鸿儒, 马岩, 张帅, 王建超, 曲友阳. 空间目标轨道外热流计算及辐射特性研究[J]. . doi: 10.37188/CO.2023-0033
引用本文: 郑鸿儒, 马岩, 张帅, 王建超, 曲友阳. 空间目标轨道外热流计算及辐射特性研究[J]. .doi:10.37188/CO.2023-0033
ZHENG Hong-ru, MA Yan, ZHANG Shuai, WANG Jian-chao, QU You-yang. Calculation of orbit heat flow and research on radiation characteristics of space target[J]. Chinese Optics. doi: 10.37188/CO.2023-0033
Citation: ZHENG Hong-ru, MA Yan, ZHANG Shuai, WANG Jian-chao, QU You-yang. Calculation of orbit heat flow and research on radiation characteristics of space target[J].Chinese Optics.doi:10.37188/CO.2023-0033

空间目标轨道外热流计算及辐射特性研究

doi:10.37188/CO.2023-0033
基金项目:国家自然科学基金重大项目重点课题(No. 61890965)
详细信息
    作者简介:

    郑鸿儒(1992—),男,吉林长春人,博士,助理研究员。主要从事卫星姿态与轨道控制、电推进羽流效应等方面的研究。E-mail:zhenghongru@buaa.edu.cn

    马 岩(1977—),男,山东单县人,硕士,研究员。主要从事光电信息处理预分析等方面的研究。E-mail:mayan888@sina.com

    张 帅(1992—),男,山西吕梁人,博士,助理研究员。研究方向为目标特征提取与识别、光电信息处理。E-mail:zhangshuaioec@163.com

    王建超(1993—),男,吉林长春人,硕士,工程师。主要从事卫星热控设计、航天器热控制等方面的研究。E-mail:1098306249@qq.com

    曲友阳(1992—),男,内蒙古赤峰人,博士研究生,工程师。主要从事光学遥感卫星姿态确定与控制方面的研究。E-mail:youyangqu@126.com

  • 中图分类号:V416.5

Calculation of orbit heat flow and research on radiation characteristics of space target

Funds:Supported by National Natural Science Foundation of China (No. 61890965)
More Information
  • 摘要:

    随着低轨空间资源愈发拥挤,空间态势感知是太空资产正常运行的重要支撑,而光学观测是其重要手段之一。本文针对空间目标受到的太阳辐射、地球辐射、地球反照辐射,采用蒙特卡洛(Monte Carlo)法,基于非结构四面体网格编写了仿真程序,并对计算结果进行了对比验证。进一步地,对太阳同步轨道卫星受到的轨道外热流,采用带帆板的网格进行了有无遮挡情况下各表面受到的轨道外热流分析。结果显示,在对地模式下考虑遮挡后,-Y表面平均热流值降低了53.79 W/m2,+Y-Z侧帆板表面平均热流值降低了32.05 W/m2。结合表面材料属性,给出了各表面的温度特性,并结合帆板温度的在轨遥测数据,验证了计算的准确性。最后,计算了两种模式下各方向的红外辐射强度。结果表明,不同观测模式下各表面受热流影响不同,对地模式下各表面温度随时间变化较大,而对日模式下各表面热流较为稳定。两种模式下,太阳能帆板的温度较高,辐射强度较大,具有明显的红外特征,便于开展红外观测。

  • 图 1地球红外辐射及反照外热流示意图

    Figure 1.Schematic diagram of earth infrared radiation and albedo external heat flow

    图 2800 km太阳同步轨道外热流对比

    Figure 2.Comparison of external heat flow of the 800 km sun-synchronous orbit

    图 3地球同步轨道外热流对比

    Figure 3.Comparison of external heat flow of the geosynchronous orbit

    图 4计算域

    Figure 4.Computational domain

    图 5+X面外热流曲线

    Figure 5.External heat flow of +X surface

    图 6−X面外热流曲线

    Figure 6.External heat flow of −X surface

    图 7+Y面外热流曲线

    Figure 7.External heat flow of +Y surface

    图 8−Y面外热流曲线

    Figure 8.External heat flow of −Y surface

    图 10−Z面外热流曲线

    Figure 10.External heat flow of −Z surface

    图 9+Z面外热流曲线

    Figure 9.External heat flow of +Z surface

    图 11热流分布及遮挡影响示意图

    Figure 11.Schematic diagram of heat flow distribution and occluding effects

    图 12对地模式下的各表面温度

    Figure 12.Surface temperature in ground mode

    图 13对日模式下的各表面温度

    Figure 13.Surface temperature in sun mode

    图 14太阳帆板温度对比

    Figure 14.Comparison of solar panel temperature

    图 15对地模式下的各方向辐射强度(3~5 μm)

    Figure 15.Radiation intensity in each direction in the ground mode (3~5 μm)

    图 16对日模式下的各方向辐射强度(3~5 μm)

    Figure 16.Radiation intensity in each direction in sun mode (3~5 μm)

    图 17对地模式下的各方向辐射强度(8~14 μm)

    Figure 17.Radiation intensity in each direction in the ground mode (8~14 μm)

    图 18对日模式下的各方向辐射强度(8~14 μm)

    Figure 18.Radiation intensity in each direction in sun mode (8~14 μm)

    表 1表面材料热参数[15]

    Table 1.Thermal parameters of surface material

    Surface Material Absorptivity Emissivity
    Body F46 0.35 0.68
    Solar panel Battery piece 0.82 0.81
    Backboard 0.88 0.86
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    表 2典型位置地球红外角系数随平板俯仰角变化对比

    Table 2.Comparison of earth infrared angular coefficient variation with plate pitch angle at typical positions

    $\beta $ This work Ref[16]
    0 0.9129 0.9118
    30 0.7961 0.7961
    60 0.5673 0.5639
    90 0.3139 0.3125
    120 0.1107 0.1100
    150 0.0081 0.0077
    180 0.0000 0.0000
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    表 3各平面一个轨道周期内平均外热流(单位:W/m2

    Table 3.Average period external heat fluxes of each surface unit: W/m2

    Surface Mode 1 Mode2
    +X 390.51 87.92
    -X 373.86 116.75
    +Y 89.96 100.83
    -Y 408.43 120.34
    +Z 346.37 148.28
    -Z 399.60 972.33
    +Y+Z solar panel 342.52 148.17
    +Y-Z solar panel 367.55 972.22
    -Y+Z solar panel 346.43 148.29
    -Y-Z solar panel 399.60 972.23
    下载: 导出CSV
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  • 收稿日期:2023-02-18
  • 录用日期:2023-05-19
  • 网络出版日期:2023-07-06

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