上面级发射中高轨道卫星外热流分析

研究发射轨道的外热流是卫星热控制系统设计的基础。针对上面级发射轨道的特点和卫星姿态，推导出上面级滑行段和点火段瞬态及平均外热流计算公式。以北斗三号中轨导航卫星为例，给出了阳光和轨道面夹角随太阳黄经和升交点赤经的变化关系，以及最长阴影时间、滑行段旋转角速度约束条件的分析方法，在此基础上确定了上面级阶段卫星的极端外热流工况并给出了外热流计算结果。     

上面级在发射轨道的辐射外热流分析

研究发射轨道的外热流是进行火箭上面级和卫星热控设计的基础。文章给出了基于一组轨道和姿态参数的太阳矢量与地球矢量的计算方法。针对圆柱外形的上面级,分析了其发射轨道外热流的变化规律,利用该计算方法计算了太阳矢量,而太阳矢量在长时间滑行段相对固定,太阳矢量和受晒因子随发射时间而发生大幅度的变化,使得外热流工况变得非常复杂。通过对太阳定姿且绕箭体纵轴慢旋,可改善火箭上面级的飞行热环境,简化卫星和上面级的热控系统设计。     

倾斜轨道卫星极端外热流分析

倾斜轨道卫星外热流变化复杂,使整星的热控系统设计难度增加。从卫星极端外热流的角度出发,建立倾斜圆轨道卫星外热流随光照角和太阳辐射强度变化的解析模型,理论与仿真的对比结果验证了计算模型的准确性。分析计算时间单位对解析模型准确性的影响,总结卫星轨道高度和轨道倾角不同时极端外热流的变化规律。结果表明:轨道倾角相同时,卫星极端最大外热流和最小外热流均随轨道高度增加逐渐减少;轨道高度相同时,卫星最大外热流随轨道倾角的增加逐渐增大然后平稳波动,而最小外热流随轨道倾角的增加几乎不变;到达极端外热流的时间是轨道倾角和高度的复杂函数,处于波动状态。分析倾斜轨道卫星外热流的变化规律,有助于快速找到相对轨道的极端外热流,节省仿真计算时间,为确定卫星极端工况提供帮助。     

绕月与月面探测热环境及影响因素研究

为全面分析绕月和月面探测器可能经历的热环境作为热控设计依据,文章给出了典型高度和β角的环月圆轨道中,绕月探测航天器接收的太阳和月球红外热流密度及其变化规律。针对复杂月表地形,提出并采用月面三维月壤热模型,计算给出了不同太阳高度角下月面探测器在常规平坦月表的外热流密度情况,定量研究了月面山丘高度及其与探测器距离对探测器表面接收红外热流的影响程度,定性分析了复杂月表地形和月尘对探测器表面红外热流的影响。     

近地航天器受照角系数的矢量计算法

本文提供了一种近地航天器受照角系数的计算方法。在一定的假设条件下,近地航天器空间外热流的计算,可归结为计算三个辐射角系数。太阳直接辐照角系数、地球红外辐射角系数和地球反照的太阳辐射角系数。计算公式是采用矢量分析和坐标变换的方法推导出来的,并且用航天器的轨道和姿态参数来表示,这些参数可以是已知的或由测量获得。本文提出的方法,不仅可以用于变轨和不变轨的近地航天器的空间外热流的实时计算,而且也可以用于近地空间目标的红外辐射特性的预测。     

近地热环境参数对航天器温度影响浅析

介绍了目前国际上普遍采用的近地轨道热环境参数与传统参数之间的差异。对不同轨道的两个航天器,分别按两种参数取值进行了温度计算。结果表明,与国际上目前采用数值相比,采用传统的热环境参数值会使得计算的高温工况外热流偏低,而使低温工况时外热流偏高,从而对航天器内部温度会造成1℃～2℃的偏差。     

圆形太阳同步轨道卫星的空间热环境分析

近年来得到广泛应用的微小型卫星大多运行于圆形的太阳同步轨道,空间外热流的计算对卫星热控制系统的设计至关重要。分析了圆形太阳同步近地轨道受太阳照射的特性,建立了运行于圆形太阳同步轨道的三轴稳定的长方体卫星的外热流模型,归纳了太阳辐射热流、地球反照热流和地球辐射热流的瞬时和周期平均值的计算公式,分析了外热流的变化规律。分析指出太阳同步轨道的受晒特性主要由轨道的降交点地方时决定,外热流中太阳辐射最强,地球反照最弱。通过计算卫星各表面的外热流特性,可选择合适的散热面及太阳能电池安装面。     

倾斜轨道六面体卫星极端外热流解析模型

卫星设计中,外热流分析是温度场计算的基础,也是极端工况选择的依据。非太阳同步倾斜轨道卫星外热流变化非常复杂,一般需要采用组合散热面的设计方法,这些都使得卫星极端外热流工况难于判断,给整星热分析以及热设计造成很大困难。通过合理的分析与简化,推导出倾斜轨道六面体卫星空间外热流的解析模型,提出一种新的地球反照周期平均值的简化计算方法,利用Nevada软件对数学模型进行了验证。最后以某倾斜轨道卫星为例对其空间外热流进行了详细的分析研究,结果表明：轨道空间外热流模型与专业软件计算结果之间误差很小,应用这一模型可以方便地分析倾斜轨道六面体卫星外热流的变化规律,进而得出卫星极端吸收外热流工况,为卫星高低温工况确定提供相关的设计依据。     

倾斜轨道卫星活动天线热控特点分析

对某低轨倾斜圆轨道卫星的外热流环境进行了分析。用蒙特卡罗法计算了卫星六个表面的外热流。研究了该轨道条件下舱外活动天线热控特点,提出了该类卫星活动天线的热控设计原则和初步方案。     

月球探测器外热流与散热能力分析

给出在不同高度和β角的环月圆轨道下,探测器的太阳和月球红外热流密度,并分析了其热流随轨道变化的规律。在嫦娥三号探测器热分析中采用月面月壤热数学模型,计算了着陆月面探测器表面在全月昼不同太阳高度角下的太阳热流和月表红外热流密度。通过对各个表面散热能力的分析总结,得出了背月面和背阳面的两个有效散热面,可为环月和月表探测器热设计提供参考。     

航天器再入全过程轴对称烧蚀热防护数值仿真研究

对航天器再入全过程轴对称烧蚀热防护进行了全过程数值仿真研究.采用修正Lees驻点热流密度方法和参考焓方法计算再入热流密度.采用JANAF模型计算烧蚀率.利用有限元法计算钝锥体再入航天器烧蚀层在移动边界条件下的轴对称温度场.采用碳化层-热解面-原始材料的轴对称碳化烧蚀模型;推导了热解气体流量计算方法.针对再入飞行大热流密度条件下,用有限元方法求解瞬态温度场时会产生的时间和空间上解的振荡问题.通过分析温度振荡现象产生的原因,采用集中热容矩阵向后差分方法解决振荡问题.计算结果表明,在时间步长选择合适的情况下,求解集中热容矩阵能够很好地解决数值振荡问题,同时烧蚀率和温度场计算比较准确.     

倾斜轨道卫星快速旋转高频箱轨道外热流的特点与分析

为准确进行热设计，对倾斜轨道快速旋转高频箱的外热流进行了研究。首先采用与太阳同步轨道卫星对比的方法研究了倾斜轨道卫星太阳光照角度的变化特点及热分析极端外热流工况与太阳光照角度的关系。然后理论推导了快速旋转高频箱各舱板轨道外热流的理论计算公式。最后定量分析了高频箱舱外大尺寸天线反射器对高频箱外热流的影响。研究表明倾斜轨道卫星高频箱外热流随β角的变化存在拐点，高频箱热分析的极端外热流出现在拐点处。快速旋转使得高频箱各舱板的外热流均匀化，但整个高频箱的到达外热流较静止高频箱增大，差值可达到数百瓦。舱外大尺寸天线反射器对高频箱的外热流影响较大，某环扫雷达反射器对高频箱散热面吸收太阳辐射热流密度的影响达到31.2 W/m2；同时天线反射器辐射达到高频箱散热面的红外辐射热流数量可观，某微波辐射计天线反射器的红外辐射热流占散热面总外热流的48%。     

基于重力梯度杆和磁铁的小卫星三轴姿态控制

运用卫星低轨道两个主要环境力矩（重力梯度矩和地磁力矩）对圆轨道卫星三轴姿态进行被动控制。利用重力梯度矩实现卫星对地指向：卫星上的永久磁铁获取所需的地磁力矩,稳定偏航姿态。给出卫星的姿态分析,并给出仿真结果。从分析和仿真结果可以看出,此卫星具有结构简单、时刻对地定向、低轨道倾角时卫星姿态稳定精度较高的优点。     

红外加热笼进行瞬态外热流模拟的优化方法

为研究航天器真空热试验时红外加热笼模拟瞬态外热流的优化方法,文章建立了航天器器表、红外笼与热沉之间的辐射换热模型,得到舱板与红外笼的瞬态温度变化、器表到达热流密度的表达式,得出器表到达热流密度与器表内侧等效吸收热流密度和红外笼带条加电电流之间的关系。分析器表内侧等效吸收热流密度相同和不同的情况,基于红外笼加电控制周期为1 min和红外笼带条热容影响,对红外笼加电方式进行研究,提出变电流的优化加电方法。分析结果可为红外笼作为瞬态外热流模拟手段提供参考,减少瞬态外热流模拟误差。     

航天器大型螺旋天线的瞬态热分析

采用数值模拟的方法,对形状复杂,遮挡问题严重的航天器大型螺旋天线进行了瞬态热分析,计算结果为天线的热设计和试验提供了理论和数据参考;通过分析,也得到了一些很有价值的结论。辐射热分析和外热流计算都考虑了各外表面相互间反射、相互遮挡的影响,这也是目前国内现有的算法和热分析软件所无法做到的。     

航天器太阳电池阵空间外热流环境模型及分析

文章通过对航天器运行的空间外热流环境进行分析,给出太阳电池阵接收热流及其角系数的计算方法;对低地球轨道和地球同步轨道的地球阴影进行分析,得出太阳电池阵进出阴影的时刻以及轨道周期时间节点;通过对太阳电池阵的各部件有限元建模,计算出摇臂架、电池基板和铰链表面的热流载荷,并对比分析了不同轨道条件下热流载荷随轨道周期性的变化规律。     

使用太阳模拟器进行热平衡试验的附加外热流影响分析

航天器的结构复杂化与表面热光学性能差异,使得航天器热平衡试验中对大型太阳模拟器的需求越来越大。文章根据离轴式太阳模拟器的结构,分析了使用太阳模拟器进行热平衡试验时,真空容器中附加外热流的来源及其对试验的影响,并通过建立热控星模型和容器与热控星的联合模型进行仿真计算,给出温度分布结果,进而提出相应的试验设计改进建议。     

充气式再入航天器总体方案及关键技术初探

充气式再入航天器是一种新型的再入航天器,可实现载人航天和行星探测任务中的行星大气再入,具有系统简单、质量小、气动加热低和可适应不同外形的再入载荷等优点。文章介绍了充气式再入航天器的国际发展现状,并对充气式再入航天器的总体方案进行了初步分析。参考俄罗斯的充气再入与降落技术(inflatable re-entry and descent technology,IRDT)设计先例,提出了充气式再入航天器的构型方案,并针对该构型进行了基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)的气动力和热仿真分析。计算采用了迎风格式的层流模型,基于密度进行求解。文章还基于国际空间站的运行轨道,开展了再入轨道的设计,最后对再入气动特性分析、柔性热防护材料、布局与折叠包装和充气机构设计等关键技术提出了初步建议。     

空间对接机构太阳外热流的计算与分析

根据空间对接机构的结构特点,在简化物理模型的基础上,用太阳窗口和蒙特卡洛(MC)法计算不同空间位置、不同轨道高度、不同表面辐射特性的机构内部构件太阳辐射外热流,并给出了相应的计算流程。分析了飞行角β和表面辐射特性等因素对太阳热流的影响。研究结果对对接机构以及其他复杂系统的热控涂层选择有一定的参考价值。     

天文探测卫星定点观测模式外热流变化规律分析

针对天文探测卫星定点观测模式下的特定姿态,结合相关科学观测约束、整星能源和热控设计约束及轨道特点,进行了多约束条件下的外热流变化规律分析,对比了有、无遮阳挡板情况下,卫星外热流的差异,并通过虚拟热沉温度,分析了卫星各个舱板的散热能力。基于有、无遮阳挡板的外热流分析结果,从热控角度建议在定点观测模式下,对卫星的观测姿态进行约束,对有低温需求的天文探测器建议加设遮阳挡板,可为天文探测卫星的热控设计提供参考。