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。     

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。     

卫星热设计中β角在不同轨道下的变化规律分析

阳光矢量与卫星轨道平面之间夹角是卫星热控设计中至关重要的一个设计参数,其不仅与到达卫星表面的阳光热流密度密切相关,也与到达卫星表面的地球反射热流密度密切相关。文章根据β角的变化规律将传统意义上的轨道分为了同步轨道和非同步轨道两种,并结合升黄赤经夹角的变化规律分析了不同轨道下β角的变化规律,以及相应的热设计特点。     

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。     

地球静止轨道凝视型相机热分析与热设计

空间光学遥感器在轨运行过程中要承受太阳辐射和空间冷热沉、黑热沉等恶劣温度环境的影响。为确保相机在轨正常运行并拥有较高的成像品质,需要对相机进行精确的热控设计。根据地球静止轨道太阳辐射外热流特点,详细分析了静止轨道凝视相机热设计的重点和难点,并针对热设计中可能遇到的问题提出相应解决方案。     

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。     

月球表面及月壤内温度分布特征的数值模拟

文章建立了月表辐射与月壤内二维非稳态导热的耦合传热模型,采用控制容积法数值模拟月壤内的温度分布,主要研究了月表、月壤内温度的分布和变化规律及探测器对局部月表温度的影响。计算结果表明一昼夜期间月壤内存在明显的温差:浅层月壤处的昼夜温差较大且受纬度的影响明显;随着深度的增加,月壤昼夜温差降低并趋于稳定,且受纬度的影响较小。探测器的存在遮挡了月表接受的太阳辐射,导致其阴影区域内月表温度发生突变,新的平衡温度接近探测器底面温度,且受探测器驻留时间的影响较小;当探测器移开,月表温度又迅速恢复到原有的变化规律。     

地球静止轨道遥感器空间热流模拟方法研究

空间遥感器需开展地面热试验以验证热控设计的正确性,而空间热流的准确模拟是地面热试验验证的关键因素。地球静止轨道遥感器空间热流复杂,空间热流的准确模拟更为重要。文章提出了一种地球静止轨道遥感器空间热流模拟方法,解决了高轨光学系统受照的热流模拟问题,大大提高了静止轨道遥感器地面试验的准确性。文章以"风云四号"卫星闪电成像仪为例,详细介绍了热流模拟方法,并进行了地面试验和在轨验证。地面试验和在轨飞行温度数据表明该模拟方法正确,模拟数据可靠。文章介绍的热流模拟方法也为后续高轨遥感器及太阳观测遥感器空间热流的模拟提供了参考。     

小推力液体火箭发动机在轨热分析

为了获得太阳辐射对深空探测小推力液体火箭发动机结构热特性的影响,对在轨运行液体火箭发动机推力室热环境进行了分析。考虑太阳辐射对模型非均匀性的影响,根据发动机的实体模型,在ANSYS Workbench环境下引入APDL语言,建立其三维稳态热分析有限元模型。针对在地球同步轨道(GEO)的空间小推力发动机实际工作情况,分别对发动机推力室稳态工作和发动机不工作状态进行结构热情况分析研究,得出太阳辐射对发动机温度分布的影响规律。稳态工作时太阳辐射对推力室温度影响不大,有太阳辐射和没太阳辐射推力室室壁温度最大差值10 K;发动机不工作时发动机接受太阳辐射面温度较高,有太阳辐射和没太阳辐射推力室室壁温度最大差值71. 41 K,太阳辐射对模型的非均匀性影响较大。该研究结果可为小推力发动机的热设计提供依据。     

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。     

Monitoring of the time and spatial distribution of neutron-flux spectral density outside the Russian segment of the <Emphasis Type="Italic">International Space Station</Emphasis> based on data from the BTN-Neutron space experiment

Results of measurements of neutron-flux spectral density in the vicinity of the International Space Station (ISS) based on BTN-Neutron space experimental data acquired in 2007–2014 have been presented in this paper. It has been shown that, during the flight of the ISS over different regions of the Earth’s surface, neutron flux in the energy range of 0.4 eV–15 MeV varies from 0.1 n/sm²/s in equatorial regions to 50 n/sm²/s in the South Atlantic anomaly region. The measurements were used to estimate the contribution of the neutron component to the overall exposure dose rate. The total contribution of fast neutrons is about 0.1–0.4 μ Zv/h above the equator area and more than 50 μ Zv/h above the South Atlantic anomaly region. A data analysis of BTN-Neutron data also showed that the time profile of neutron flux has long-periodic variations. It was found that, under the influence of Galactic cosmic rays (GCRs), modulation during 24th solar cycle neutron flux changed almost twofold (above high latitude regions). Maximum values of neutron flux were observed in January 2010 and minimum values were observed in January 2014.     

Orientation of Sharp Fronts of the Solar Wind Plasma

Based on simultaneous observations performed by several spacecraft, we evaluate the orientation of sharp (with a duration of a few minutes) and large (tens and hundreds percent of the mean value) fronts of the solar wind plasma (changes in the ion flux and ram pressure). The orientation of the fronts is determined with respect to the Sun–Earth line and to two planes in space for several tens of the largest (in amplitude) changes of the ion flux. A considerable fraction of these fronts (about 50%) has an inclination to the plane perpendicular to the Sun–Earth line that exceeds 30°.     

太阳电池对平流层飞艇热特性的影响分析

研究太阳电池对平流层飞艇驻空阶段热特性的影响。建立了太阳电池热模型、平流层飞艇热分析模型，包括热平衡方程、太阳直射辐射、天空散射辐射、地面反射辐射、大气长波辐射、地球长波辐射、蒙皮长波辐射、对流换热等；采用多节点模型，对平流层飞艇在驻空期间太阳电池、蒙皮与艇内氦气温度变化过程进行了数值模拟，得到了温度昼夜变化规律；分析了太阳电池（含隔热结构）的等效面积热阻、转换效率、铺装面积对平流层飞艇热特性的影响，得到了其温度昼夜变化规律。本文为平流层飞艇热性能分析和热控系统设计提供依据。     

Numerical simulation on antenna temperature field of complex structure satellite in solar simulator

A thermal network model is developed for studying the temperature variation of complicated structure satellite surfaces. The solar incident areas, the infrared and solar radiation transfer coefficients among surfaces are numerically simulated by means of Monte Carlo ray tracing (MCRT) method in model. The non-uniformity and the instability of solar radiation, which plays the important roles in simulating outer-space heat flux designation parameters by solar simulator, are studied for analysis variation of antenna temperature fields in detail. Results showed non-uniformity irradiation effects are greater than those of instability for this kind of geometry sheltering structure.     

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。     

The analysis of measurements of quasi-stationary electrical fields in the near-surface zone of the <Emphasis Type="Italic">Mir</Emphasis> orbital complex

The quasi-stationary electrical fields have been measured in the near-surface zone of the Kvant module of the Mir orbital complex using vibration-type sensors of the Zond-Zaryad instrument. The analysis of measurements has shown that, depending on the spacecraft’s surface section shape (an octagon), four areas of the electrical fields configuration (and of the plasma component density) were revealed in the spacecraft vicinity: a ram with angular extension of about 120° (±60°), two side areas with angular extension of about 60° each, and a wake with angular extension of about 120° (±60°). The electrical field in the ram has a small absolute value. In the side areas, the electrical field can have either a negative or positive value, and it is smaller in magnitude than that in the ram. The electrical field in the wake has a three-petal structure (and an even more complicated structure is also possible): the negative value of the field (with angular extension of about 45°), the positive value of the field (with angular extension of about 30°), and, again, the negative value of the field (with angular extension of about 45°). Absolute value of the field in the wake is at least an order of magnitude higher than that in the ram and on the side surfaces.     

条带式太阳帆航天器的热致结构动力学响应

本文研究条带式太阳帆在近地轨道运行进出地球阴影时的热致结构动力学响应，建立了在太阳热辐射和光压共同作用下的太阳帆结构动力学方程，采用分布传递函数法，给出了条带式太阳帆热致结构稳态振动幅频响应的计算方法。算例结果表明：热辐射冲击是引起近地轨道太阳帆结构动力学响应的主要原因，光压引起的结构响应可忽略不计；增加桅杆壁厚不能有效抑制太阳帆的热致结构动态响应；增大阻尼，减小结构的热膨胀系数能够明显减小太阳帆热致结构响应的振幅；热致结构动态响应是设计大尺寸近地轨道太阳帆必须解决的问题。本文提出的方法可为太阳帆结构设计、姿态和轨道控制提供有力的分析工具。     

大型反射面天线温度分布规律及变形影响分析

针对高频段大型反射面天线对电性能的高要求,必须降低太阳热辐射对天线的影响。先计算一天中太阳入射角度的变化规律,再基于I\|DEAS软件仿真,得到一天中各时刻天线反射面上的温度、热应力场、热变形分布,然后针对阴影对天线结构的重要影响,以“分点分段”的形式给出不同时刻温度在反射面上的分布及其影响程度和规律,为工程人员进行天线的温度补偿和结构优化提供了依据。