航天发射场涉核操作辐射安全评估仿真方法技术

一种航天发射中涉核操作评估辐射安全的仿真方法，包括以下步骤：针对发射场区及主要设备进行三维建模，针对满足任务需求的工艺过程进行工艺过程建模；计算该特征点分别受到各放射性同位素热源辐射的辐射剂量率及其总辐射剂量率；选取多个特征点，计算各个特征点的总辐射剂量率，采用插值计算获取区域内的辐射剂量率，在matlab中绘制辐射强度空间分布图；根据绘制出的辐射强度空间分布图，计算该操作点位置总辐射剂量率估算值，允许停留时间以及已停留时间，制定安全操作规范流程。本发明专利技术经过实际发射任务检验，建立的辐射安全防护手册，能够科学指导任务实施关键环节操作，确保发射任务的安全、准确实施。

Simulation method of radiological safety assessment for nuclear operation in space launch site

A simulation method for evaluating radiation safety of nuclear-related operations in space launches includes the following steps: three-dimensional modeling for launch site area and main equipment, process modeling for process satisfying mission requirements, and calculating radiation dose rate and radiation dose rate of each radioactive isotope heat source at this characteristic point. Total radiation dose rate; select multiple feature points, calculate the total radiation dose rate of each feature point, use interpolation calculation to obtain the radiation dose rate in the region, draw the radiation intensity spatial distribution map in matlab; according to the radiation intensity spatial distribution map drawn, calculate the total radiation dose rate estimation value of the operating point location, permit Make sure the residence time and the residence time, and draw up the safe operation standard process. The radiation safety protection manual established after the actual launch task test can scientifically guide the operation of key links in the mission implementation, and ensure the safety and accurate implementation of the launch task.

【技术实现步骤摘要】
航天发射场涉核操作辐射安全评估仿真方法
本专利技术属于航天发射工程领域，尤其涉及航天发射流程中核辐射工作环境下评估操作安全的仿真方法。
技术介绍
航天探测器是对月球和月球以远的天体和空间进行探测的无人航天器和空间探测的主要工具，按探测的对象划分为月球探测器、行星和行星际探测器、小天体探测器等。航天探测器装载科学探测仪器，由运载火箭送入太空，飞近月球或行星进行近距离观测，做人造卫星进行长期观测，着陆进行实地考察或采集样品进行研究分析。空间探测器进行深空探测时，随着太阳距离的增加，所接收到的太阳辐射热流急剧下降，并且空间热环境异常恶劣(如月球上长达14个地球日无光照、－180℃低温的月夜)，导致采用常规的电源系统(太阳电池阵+蓄电池)和热控系统已无法满足探测器的生存需求。在这种情况下，核能源成为深空探测的首选。目前我国使用放射性同位素热源(RHU)，为探测器提供热源实现其太空生存。根据任务要求，需要对主要放射源设备在发射场塔上的操作流程进行辐射安全评估，建立辐射安全防护手册，完成参试岗位人员辐射安全防护知识宣贯，科学指导任务实施关键环节操作，确保发射任务的安全、准确实施。由于发射场涉核操作没有现成参考解决方案，而且具有操作流程复杂、塔上空间范围广、安装操作多、辐射安全防护约束强等特点，在计算过程中还存在空气及整流罩材料对射线的屏蔽和衰减作用影响的不确定性，对发射场复杂操作空间环境下的辐射量化求解和辐射计算结果空间表达的科学计算可视化带来难点。在本专利技术中首次利用虚拟现实仿真技术，建立涵盖塔架、探测器、工装模型、吊具及相关附属设施的发射场模型，模拟核源测试、贮运、上塔、安装等操作流程，建立辐射衰减模型并插值估算核源辐射剂量率，高度分层显示核源辐射强度分布情况，给出运载工作位置理论辐射剂量率及允许停留时间，在时间、空间、人员、辐射等约束条件下实施操作安全分析，实现涉核操作流程辐射安全评估仿真。
技术实现思路
本专利技术的航天发射中涉核操作评估辐射安全的仿真方法，主要包括以下步骤：步骤1：针对发射场区及主要设备进行三维建模，制定满足任务需求的工艺过程，结合需要进行控制的对象，针对控制对象的移动、连接、解除进行工艺过程建模；步骤2：根据选定特征点与探测器中各放射性同位素热源之间的距离，计算该特征点分别受到各放射性同位素热源辐射的辐射剂量率，所述辐射剂量率之和为该特征点受到辐射的总辐射剂量率；步骤3：根据实际发射任务特点及技术要求，选取多个特征点，计算各个特征点的总辐射剂量率并确定最大值和最小值，采用插值计算获取辐射范围区域内各点的辐射剂量率。根据各个特征点的总辐射剂量率的最大值和最小值将插值获取的辐射剂量率取值划分若干区间并对每个区间用数字表示，在matlab中绘制辐射强度空间分布图；步骤4：根据已建立的模型及绘制出的辐射强度空间分布图在仿真环境下进行辐射安全分析，首先根据空间分布图显示，使操作人员避开辐射剂量率大的区域；随后，在安全区域中选取可能的人员操作点，获取操作点坐标位置，计算该操作点位置总辐射剂量率估算值，根据国家标准计算操作人员允许停留时间以及已停留时间，制定安全操作规范流程，完成辐射安全评估。进一步地，其中步骤1中所述三维建模是从地形数据、数字地图、航拍获取的图像数据、三维实拍等数据源获取发射场的原始基础信息，对所述原始基础信息根据对象类型、所属区域类型信息，分别进行场区地形建模、航区地形建模、场区地物建模及场区景观建模，将模型根据实际发射场景进行组合，生成三维模型库，对模型进行调试和优化处理；所述主要设备包括塔架及配套设备、探测器及其工装模型、放射性同位素热源、火箭、地面配套设备产品。进一步地，其中步骤1中所述工艺过程建模包括初始位置控制：主要有探测器、整流罩、吊具、升降车、装配台、展开装置、转运车初始位置的调整；桥式起重机的控制：含吊车位置、吊钩高度、旋转角度、伸缩长度的控制；吊具的控制：涉及探测器吊具、包装箱吊具、整流罩吊具，控制的动作有吊具和被吊对象间的连接和解除，发射产品与地面设施设备的连接和解除；被吊物体的运动控制：控制探测器、整流罩、各类设备、摆杆、平台的移动和翻转。进一步地，其中步骤2具体为：以探测器中2台放射性同位素热源中心连线所在的YOZ平面分别与探测器X轴向中心平面XOY和XOZ的相交线作为计算的基准坐标轴，x,y,z代表选定特征点坐标位置，di表示该特征点距离第i号放射性同位素热源的距离，fsi表示该特征点受第i号放射性同位素热源辐射的辐射剂量率,1<＝i<＝N，fs代表该特征点受N个放射性同位素热源辐射的总辐射剂量率，则计算di＝sqrt((x-xi)^2+(y-yi)^2+(z-zi)^2)，其中，xi,yi,zi代表第i号放射性同位素热源的坐标位置；fsi＝fi/(di^2)，其中i＝1,…,N；该特征点的总辐射剂量率为fs＝fs1+…+fsi+…+fsN。进一步地，其中步骤3具体为：在Y轴选取L个特征点y＝-0.025(L-1):0.05:0.025(L-1)，表示每隔0.05取一个点；Z轴选取L个特征点z＝y；设置高度值为h；初始化用于存储yz平面L*L个特征点各自高度的矩阵x＝zeros(L,L)；初始化用于存储yz平面L*L个特征点各自总辐射剂量率的矩阵fs＝zeros(L,L)；初始化用于存储yz平面L*L个特征点各自总辐射剂量率区间等效值的矩阵fs0＝zeros(L,L)；初始化用于存储yz平面L*L个特征点各自相对第i号核源距离的矩阵di＝zeros(L,L)(i＝1,…,N)；初始化用于存储yz平面L*L个特征点各自受第i号核源辐射的辐射剂量率的矩阵fsi＝zeros(L,L)(i＝1,…,N)；针对若干给定特征点坐标，根据步骤2中的方法计算所述若干给定特征点的总辐射剂量率，采用插值计算获取辐射范围区域内其余各点的总辐射剂量率；其余各点总辐射剂量率小于所述若干给定特征点的总辐射剂量率统计结果中总辐射剂量率最小值时，区间等效值设置为-0.1；其余各点总辐射剂量率在统计结果的总辐射剂量率最大值与最小值之间时，区间等效值设置为原值；其余各点总辐射剂量率大于统计结果的总辐射剂量率最大值时，被认为是噪声点，区间等效值为该最大值，在matlab中根据坐标和剂量率区间等效值矩阵绘制辐射强度空间分布图surf(y,z,x,fs0,'FaceCoLor','interp','EdgeCoLor','none','FaceLighting','phong')，其中surf为matlab中的绘制函数；y,z,x分别为选取的特征点的坐标矩阵；Facecolor表示小面的显示，包括隐藏、单色、定点颜色确定的刻面颜色或顶点颜色确定的插值颜色；interp表示使用插值计算；EdgeCoLor表示指定边的显示，包括隐藏、单色、顶点颜色确定的刻面颜色或顶点颜色确定的插值颜色；Facelighting表示表面光照；phong为光照模式，是图象的一种显示方法。进一步地，其中步骤4中以国家标准规定的安全剂量中任何一年内最大值数据除以操作区域内总辐射剂量率最大值即可得到操作人员允许时间的最小值。本专利技术建立了发射场复杂操作空间环境下的辐射量化求解方法，解决了涉核辐射计算本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种对航天发射中的涉核操作评估辐射安全的仿真方法，包括以下步骤:步骤1：针对发射场区及主要设备进行三维建模，制定满足任务需求的工艺过程，结合需要进行控制的对象，针对控制对象的移动、连接、解除进行工艺过程建模；步骤2：根据选定特征点与探测器中各放射性同位素热源之间的距离，计算该特征点分别受到各放射性同位素热源辐射的辐射剂量率，所述辐射剂量率之和为该特征点受到辐射的总辐射剂量率；步骤3：根据实际发射任务特点及技术要求，选取多个特征点，计算各个特征点的总辐射剂量率并确定最大值和最小值，采用插值计算获取辐射范围区域内各点的辐射剂量率。根据各个特征点的总辐射剂量率的最大值和最小值将插值获取的辐射剂量率取值划分若干区间并对每个区间用数字表示，在matlab中绘制辐射强度空间分布图；步骤4：根据已建立的模型及绘制出的辐射强度空间分布图在仿真环境下进行辐射安全分析，首先根据空间分布图显示，使操作人员避开辐射剂量率大的区域；随后，在安全区域中选取可能的人员操作点，获取操作点坐标位置，计算该操作点位置总辐射剂量率估算值，根据国家标准计算操作人员允许停留时间以及已停留时间，制定安全操作规范流程，完成辐射安全评估。...

【技术特征摘要】
1.一种对航天发射中的涉核操作评估辐射安全的仿真方法，包括以下步骤:步骤1：针对发射场区及主要设备进行三维建模，制定满足任务需求的工艺过程，结合需要进行控制的对象，针对控制对象的移动、连接、解除进行工艺过程建模；步骤2：根据选定特征点与探测器中各放射性同位素热源之间的距离，计算该特征点分别受到各放射性同位素热源辐射的辐射剂量率，所述辐射剂量率之和为该特征点受到辐射的总辐射剂量率；步骤3：根据实际发射任务特点及技术要求，选取多个特征点，计算各个特征点的总辐射剂量率并确定最大值和最小值，采用插值计算获取辐射范围区域内各点的辐射剂量率。根据各个特征点的总辐射剂量率的最大值和最小值将插值获取的辐射剂量率取值划分若干区间并对每个区间用数字表示，在matlab中绘制辐射强度空间分布图；步骤4：根据已建立的模型及绘制出的辐射强度空间分布图在仿真环境下进行辐射安全分析，首先根据空间分布图显示，使操作人员避开辐射剂量率大的区域；随后，在安全区域中选取可能的人员操作点，获取操作点坐标位置，计算该操作点位置总辐射剂量率估算值，根据国家标准计算操作人员允许停留时间以及已停留时间，制定安全操作规范流程，完成辐射安全评估。2.如权利要求1所述的方法，其中步骤1中所述三维建模是从地形数据、数字地图、航拍获取的图像数据、三维实拍等数据源获取发射场的原始基础信息，对所述原始基础信息根据对象类型、所属区域类型信息，分别进行场区地形建模、航区地形建模、场区地物建模及场区景观建模，将模型根据实际发射场景进行组合，生成三维模型库，对模型进行调试和优化处理；所述主要设备包括塔架及配套设备、探测器及其工装模型、放射性同位素热源、火箭、地面配套设备产品。3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述工艺过程建模包括初始位置控制：主要有探测器、整流罩、吊具、升降车、装配台、展开装置、转运车初始位置的调整；桥式起重机的控制：含吊车位置、吊钩高度、旋转角度、伸缩长度的控制；吊具的控制：涉及探测器吊具、包装箱吊具、整流罩吊具，控制的动作有吊具和被吊对象间的连接和解除，发射产品与地面设施设备的连接和解除；被吊物体的运动控制：控制探测器、整流罩、各类设备、摆杆、平台的移动和翻转。4.如权利要求1所述的方法，其中步骤2具体为：以探测器中2台放射性同位素热源中心连线所在的YOZ平面分别与探测器X轴向中心平面XOY和XOZ的相交线作为计算的基准坐标轴，x,y,z代表选定特征点坐标位置，di表示该特征点距离第i号放射性同位素热源的距离，fsi表示该特征点受第i号放射性同位素热源辐射的辐射剂量率,1<＝i<＝...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴枫，刘秀罗，王佳，黄娅，王维，
申请(专利权)人：北京特种工程设计研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11