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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

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]. 中国光学(中英文), 2024, 17(1): 187-197. 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]. 中国光学(中英文), 2024, 17(1): 187-197. doi: 10.37188/CO.2023-0033
ZHENG Hong-ru, MA Yan, ZHANG Shuai, WANG Jian-chao, QU You-yang. Calculation of orbit external heat flow and radiation characteristics of space target[J]. Chinese Optics, 2024, 17(1): 187-197. doi: 10.37188/CO.2023-0033
Citation: ZHENG Hong-ru, MA Yan, ZHANG Shuai, WANG Jian-chao, QU You-yang. Calculation of orbit external heat flow and radiation characteristics of space target[J]. Chinese Optics, 2024, 17(1): 187-197. 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(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

  • 中图分类号: V416.5

Calculation of orbit external heat flow and radiation characteristics of space target

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

    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,采用带帆板的网格对有无遮挡情况下各表面受到的轨道外热流进行了分析。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,+YZ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,分析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的影响不同,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’s infrared radiation and albedo external heat flow

    图 2  800 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 9  +Z面外热流曲线

    Figure 9.  External heat flow of +Z surface

    图 10  Z面外热流曲线

    Figure 10.  External heat flow of −Z surface

    图 11  外热流分布及遮挡影响示意图

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

    图 12  对地模式下的各表面温度

    Figure 12.  Temperature of each surface in the earth-pointing mode

    图 13  对日模式下的各表面温度

    Figure 13.  Temperature of each surface in the sun-pointing mode

    图 14  太阳帆板温度对比

    Figure 14.  Temperature comparison of solar panel

    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 earth-pointing 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 the sun-pointing 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 earth-pointing 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 the sun-pointing mode (8~14 μm)

    表  1  表面材料热参数[15]

    Table  1.   Thermal parameters of surface material

    表面材料吸收率发射率
    本体氟460.350.68
    太阳帆板电池片0.820.81
    背板0.880.86
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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 coefficients varying with plate pitch angle at typical positions

    $\beta $/(°)本文结果Ref [16]结果
    00.91290.9118
    300.79610.7961
    600.56730.5639
    900.31390.3125
    1200.11070.1100
    1500.00810.0077
    1800.00000.0000
    下载: 导出CSV

    表  3  各平面一个轨道周期内的平均外热流

    Table  3.   Average external heat fluxes of each surface in one orbital period W/m2

    SurfaceMode 1Mode2
    +X390.5187.92
    X373.86116.75
    +Y89.96100.83
    Y408.43120.34
    +Z346.37148.28
    Z399.60972.33
    +Y+Z solar panel342.52148.17
    +YZ solar panel367.55972.22
    Y+Z solar panel346.43148.29
    YZ solar panel399.60972.23
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-02-18
  • 修回日期:  2023-03-13
  • 录用日期:  2023-05-19
  • 网络出版日期:  2023-07-06

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