一种火星探测的热分析方法技术

本发明专利技术提供了一种火星探测的热分析方法，包括如下步骤：步骤S1：将火星探测从近地飞往火星的过程提炼成多个工况；步骤S2：每个工况均包含不同的运行姿态，轨道外热流各不相同，预测探测器各个工况的温度范围；步骤S3：将探测器上各大部件的有限元模型耦合在一起，联合热仿真分析。本发明专利技术解决了火星探测器轨道热环境复杂、姿态变化多、探测火星经验欠缺的情况下，仍然要求热控系统具有高精度的热分析能力，使得能够将探测器的温度控制在合适的温度范围内的技术问题，具有节省热试验资源、工况覆盖全面和计算精度高的优点。覆盖全面和计算精度高的优点。覆盖全面和计算精度高的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种火星探测的热分析方法


[0001]本专利技术涉及航天器热控制的
，具体地，涉及一种火星探测的热分析方法。

技术介绍

[0002]随着航天技术的发展，人类不断开展深空探测任务，带动着深空探测技术的发展，火星是地球的近邻行星，在太阳系内其昼夜时间、自然环境与地球最为相似，成为人类寻找地外生命的首选行星。
[0003]传统近地卫星运行于地球轨道，在轨的有高、中及低轨等卫星，在轨飞行经验成熟，轨道的光照及阴影条件比较明确，热控分析方法相对成熟，继承性较高。
[0004]与近地卫星相比，火星探测热控存在以下两方面的特点：一是我国没有探测器抵达过火星，缺乏在轨数据参考，相关参数均是查阅国内外公开文献资料所得，探测器运行的火星轨道及光照条件等不确定性较高；二是火星探测存在地火转移、捕获火星、进出火影、长时间火影和姿态调整等重要过程，上述过程要经受复杂多变的、恶劣的深空热环境，对火星探测的热分析能力提出了更高的要求，要求热控系统在有限的资源条件下计算精度更高、热控适应性更强，且需满足整个过程探测器的温控需求。
[0005]在公开号为CN109238340A的中国专利技术专利中公开了一种火星探测器产品的综合环境试验系统，用于模拟火星表面“气体氛围—气压—温度”综合环境的试验系统，主要包括真空室、高低温室、温控系统和压控系统，通过高低温室、温控系统和压控系统实现火星环境下的综合环境设置，达到真空室内火星探测器产品环境温度条件。
[0006]针对火星探测轨道的热环境复杂、姿态变化多、探测火星经验欠缺的特点，提出了能够适用于火星探测的热分析方法。

技术实现思路

[0007]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种火星探测的热分析方法。
[0008]根据本专利技术提供的一种火星探测的热分析方法，包括如下步骤：
[0009]步骤S1：将火星探测从近地飞往火星的过程提炼成多个工况；
[0010]步骤S2：每个工况均包含不同的运行姿态，轨道外热流各不相同，预测探测器各个工况的温度范围；
[0011]步骤S3：将探测器上各大部件的有限元模型耦合在一起，联合热仿真分析。
[0012]优选地，所述步骤S1中的火星探测从近地飞往火星的过程的工况为六个。
[0013]优选地，所述六个工况包括：地火转移工况、捕获工况、停泊轨道工况、环火高温工况、环火低温工况和环火安全模式工况。
[0014]优选地，所述地火转移工况为模拟探测器发射直至飞到距离火星100万公里的过程；
[0015]优选地，所述捕获工况为模拟探测器达到火星并被火星捕获的过程。
[0016]优选地，所述停泊轨道工况为模拟探测器在停泊轨道上运行的过程；所述环火高
温工况为模拟探测器在环火轨道上光照角最大时的过程。
[0017]优选地，所述环火低温工况为模拟探测器在环火轨道上有最长阴影期的过程；
[0018]优选地，所述环火安全模式工况为模拟探测器进入安全模式时的运行过程。
[0019]优选地，所述步骤S2中工况包含不同的运行姿态，轨道外热流各不相同，所述地火转移工况、捕获工况和停泊轨道工况时均为+X对日定向，所述环火高温工况和环火低温工况均为
‑
Z对日定向，所述环火安全模式工况为+X对日定向。
[0020]优选地，所述步骤S3中的联合热仿真分析中将探测器有限元模型、定向天线有限元模型、X中继有限元模型和着陆器有限元模型耦合在一起联合热仿真分析。
[0021]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0022]1、本专利技术的热分析方法创新的将探测器飞往火星的整个过程提炼成几个典型工况，涵盖了探测器奔赴火星过程中的各种高低温工况，使热试验工况减少，节省热试验资源；
[0023]2、本专利技术的典型工况均包含了不同的运行姿态，分析工况覆盖全面，将探测器在轨工作模式分析的更准确，预测了在轨温度范围，为后续优化设计奠定了基础；
[0024]3、本专利技术的联合热仿真分析考虑到了各自对探测器的热影响以及探测器对各大部件的热影响，热分析计算结果更精确。
附图说明
[0025]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0026]图1是本专利技术火星探测器典型工况的组成图；
[0027]图2是本专利技术联合热分析模型图。
[0028]其中：
[0029]着陆巡视器1
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定向天线3
[0030]环绕器2
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X中继天线4
具体实施方式
[0031]下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。
[0032]本专利技术解决的问题是火星探测轨道热环境复杂、姿态变化多、探测火星经验欠缺的情况下，仍然要求热控系统具有高精度的热分析能力，使得能够将探测器的温度控制在合适的温度范围内。为解决所述问题，本专利技术提出了一种火星探测的热分析方法，主要包含三个方面：将火星探测从近地飞往火星的整个过程提炼成6个典型工况；每个工况均包含不同的运行姿态，并且轨道外热流各不相同，预测了探测器各个工况的温度范围；将探测器上各大部件的有限元模型耦合在一起，联合热仿真分析。将工况设置为地火转移工况、捕获工况、停泊轨道工况、环火高温工况、环火低温工况、环火安全模式工况。
[0033]地火转移工况模拟探测器发射直至飞到距离火星100万公里的过程，捕获工况模
拟探测器达到火星并被火星捕获的过程，停泊轨道工况模拟探测器在停泊轨道上运行的过程，环火高温工况模拟环火轨道上，光照角最大时的过程，环火低温工况模拟环火轨道上有最长阴影期的过程，环火安全模式工况模拟探测器进入安全模式时的运行过程。地火转移工况、捕获工况、停泊轨道工况时均为+X对日定向，环火高温、环火低温工况均为
‑
Z对日定向，环火安全模式工况为+X对日定向。将探测器有限元模型、定向天线有限元模型、X中继有限元模型、着陆器有限元模型耦合在一起联合热仿真分析。
[0034]探测器上各大部件的有限元模型耦合在一起进行联合热仿真分析是将探测器有限元模型、定向天线有限元模型、X中继有限元模型、着陆器有限元模型耦合在一起，并考虑各自对探测器的热影响以及探测器对各大部件的热影响，联合进行热仿真分析，计算结果更精确。
[0035]本专利技术实施例所提供的一种火星探测的热分析方法主要包含6种不同的典型工况，每个工况均包含不同的运行姿态，并且轨道外热流各不相同，该热分析方法是将探测器上各大部件的有限元模型耦合在一起联合热仿真分析。
[0036]本实施例中，所述的6种不同的典型工况，如图1所示设置为地火转移工况本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种火星探测的热分析方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：将火星探测从近地飞往火星的过程提炼成多个工况；步骤S2：每个工况均包含不同的运行姿态，轨道外热流各不相同，预测探测器各个工况的温度范围；步骤S3：将探测器上各大部件的有限元模型耦合在一起，联合热仿真分析。2.根据权利要求1所述的一种火星探测的热分析方法，其特征在于，所述步骤S1中的火星探测从近地飞往火星的过程的工况为六个。3.根据权利要求2所述的一种火星探测的热分析方法，其特征在于，所述六个工况包括：地火转移工况、捕获工况、停泊轨道工况、环火高温工况、环火低温工况和环火安全模式工况。4.根据权利要求3所述的一种火星探测的热分析方法，其特征在于，所述地火转移工况为模拟探测器发射直至飞到距离火星100万公里的过程。5.根据权利要求3所述的一种火星探测的热分析方法，其特征在于，所述捕获工况为模拟探测器达到火星并被火星捕获的过程。6.根据权利要求3所述的一种火星探测的热分析方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨金，褚英志，朱新波，盛松，王伟，张玉花，印兴峰，翟载腾，谢攀，
申请(专利权)人：上海卫星工程研究所，
类型：发明
国别省市：