空间原子氧与紫外辐照综合作用仿真过程的实时表征方法技术

本发明专利技术提供了一种空间原子氧与紫外辐照综合作用仿真过程的实时表征方法，属于航空航天技术领域。本发明专利技术对在轨运行的空间飞行器在空间原子氧和紫外辐射的综合环境中进行仿真表征以研究紫外与原子氧效应时，对飞行器以四元数方式进行运行姿态的表征，并根据空间飞行器的运行姿态和太阳紫外辐射入射方向共同确定飞行器的受紫外电磁辐射的作用表面，对飞行器的空间位置和运行速度进行表征，并结合飞行器的运行姿态以及根据原子氧计算模型得到的空间原子氧环境，共同确定飞行器与原子氧的相互作用。本发明专利技术综合考虑了空间飞行器的迎风面和受晒面，能够较为真实的考虑空间飞行器在轨运行期间受晒和迎原子氧的空间环境实时量化表征。表征。表征。

【技术实现步骤摘要】
空间原子氧与紫外辐照综合作用仿真过程的实时表征方法


[0001]本专利技术涉及航空航天
，具体而言，涉及一种空间原子氧与紫外辐照综合作用仿真过程的实时表征方法。

技术介绍

[0002]原子氧是地球高层大气的重要组分，会对在低地球轨道运行的航天器构成严重的威胁。例如，原子氧在撞击航天器表面时可能发生弹性镜面反射，或者其能量和动能有所变化而产生漫散射；入射的原子氧可能与附着在航天器表面的其它物质发生反应，如与NO高速碰撞形成激发态的氮氧化合物(NO
2*
)，当NO
2*
从航天器表面解析并恢复到基态的NO2时，将激发的能量以光子形式释放，产生橙红色辉光，这会影响航天器的隐蔽性。总体来说，原子氧的危害作用主要表现为直接与航天器表面材料发生反应，形成可挥发的反应产物，产生剥蚀效应，其结果不但导致材料质量损失，还会使表面性能变坏，从而成为影响航天器在轨寿命与可靠性的重要因素。许多聚合物、碳纤维复合材料及Ag 等，都是易于受到原子氧损伤的敏感材料。原子氧对材料的剥蚀厚度Δx可按原子氧的反应系数R<br/>e
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空间原子氧与紫外辐照综合作用仿真过程的实时表征方法，其特征在于，包括：根据仿真开始时间和仿真结束时间确定实时仿真的计算范围；根据仿真步长，从所述仿真开始时间不断累加所述仿真步长，得到步进的仿真时刻；解算每一所述仿真时刻的空间原子氧与紫外辐射综合环境的实时量化表征，具体包括：获取空间中太阳紫外电磁辐射的入射方向，对于同一所述仿真时刻中的每颗运行的卫星，获取所述卫星在惯性系中的三维坐标和运行速度参数，所述三维坐标和所述运行速度参数用以表征所述空间飞行器的位置和运行速度，获取所述卫星的四元数姿态参数，所述四元数姿态参数用以表征所述空间飞行器的运行姿态，根据原子氧计算模型获取原子氧数密度，所述原子氧数密度用以表征空间原子氧环境，根据所述空间飞行器的运行姿态以及所述太阳紫外电磁辐射的入射方向，分析所述空间飞行器受紫外电磁辐射的作用表面，根据所述空间飞行器的运行速度和运行姿态以及所述空间原子氧环境，分析所述空间飞行器所受的原子氧作用。2.根据权利要求1所述的空间原子氧与紫外辐照综合作用仿真过程的实时表征方法，其特征在于，所述太阳紫外电磁辐射的入射方向的获取方法包括：假设地球附近运行的所述空间飞行器所受的太阳光均为平行光，根据JPL公布的DE430星历表获取太阳在所述仿真时刻时、J2000地心坐标系下的空间位置坐标，并获取由地心指向太阳质心的方向向量，对所述方向向量取反并进行单位化，得到太阳光线在J2000地心坐标系下的方向矢量，所述方向矢量为所述太阳紫外电磁辐射的入射方向。3.根据权利要求1所述的空间原子氧与紫外辐照综合作用仿真过程的实时表征方法，其特征在于，所述空间飞行器的位置和运行速度的获取方法包括：根据二体运动方程和开普勒三定律，获取在轨运行的所述空间飞行器的轨道根数，根据所述轨道根数获取所述空间飞行器在惯性系中的位置和运行速度。4.根据权利要求1所述的空间原子氧与紫外辐照综合作用仿真过程的实时表征方法，其特征在于，所述获取所述卫星的四元数姿态参数包括：定义轨道坐标系为O0X0Y0Z0，旋转轴e在所述轨道坐标系中的方向向量为e＝(C
x
，C
y
，C
z
)，其中，(C
x
，C
y
，C
z
)表示方向余弦，所述轨道坐标系绕所述旋转轴e旋转α角度得到卫星本体坐标系O
b
X
b
Y
b
Z
b
，则所述卫星的四元数姿态参数q为：
其中，q1、q2、q3为矢量分量，q0为标量分量，且q
12
+q
22
+q
32
+q
02
＝1。5.根据权利要求1所述的空间原子氧与紫外辐照综合作用仿真过程的实时表征方法，其特征在于，所述原子氧计算模型包括NRLMSISE
‑
00大气模型，所述NRLMSISE
‑
00大气模型的输入包括当年1月1日至当天的天数、当天00:00:00至求解时刻的秒数、地理经度、地理纬度、海拔、前一天的太阳10.7cm辐射流量、81d的平均太阳10.7cm辐射流量、根据当天平均地磁指数和求解时刻之前的20个3h平均地磁指数获得的8位数组。6.根据权利要求5所述的空间原子氧与紫外辐照综合作用仿真过程的实时表征方法，其特征在于，所述地理经度和所述地理纬度是利用坐标系变换，将惯性系中所述卫星的三维坐标变换到WGS
‑
84坐标系下的经纬高坐标。7.根据权利要求6所述的空间原子氧与紫外辐照综合作用仿真过程的实时表征方法，其特征在于，所述坐标系变换包括J2000坐标系与地心地固坐标系的变换，根据第二公式确定所述J2000坐标系到所述地心地固坐标系的总体变换矩阵HG，所述第二公式为：HG＝...

【专利技术属性】
技术研发人员：李兴冀，吕钢，杨剑群，韩煜，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：