一种空间等离子体实时表征方法、装置及系统制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种空间等离子体实时表征方法、装置及系统，涉及航天航空技术领域。本发明专利技术所述的空间等离子体实时表征方法，包括：初始化参数；根据轨道参数确定航天器的实时位置数据和实时速度数据，根据姿态参数确定航天器的实时空间姿态数据；根据实时位置数据确定等离子体环境的温度参数和密度参数，通过麦克斯韦等离子能量分布确定等离子体能谱，根据温度参数、密度参数和等离子体能谱确定实时空间等离子体环境数据；根据实时位置数据、实时速度数据、实时空间姿态数据和实时空间等离子体环境数据确定实时表征仿真数据。本发明专利技术所述的技术方案，准确描述空间等离子体对航天器产生的效应影响，从而提高航天器飞行安全。从而提高航天器飞行安全。从而提高航天器飞行安全。

【技术实现步骤摘要】
一种空间等离子体实时表征方法、装置及系统


[0001]本专利技术涉及航天航空
，具体而言，涉及一种空间等离子体实时表征方法、装置及系统。

技术介绍

[0002]地球附近空间存在大量的带电粒子，这些带电粒子在地球附近区域形成大片的空间等离子体环境，根据不同的能量和密度在地磁层中的不同区域分布着不同性质的等离子体，包括：电离层、等离子体层、等离子体片、磁层尾瓣和磁层顶边界层。
[0003]航天器在执行空间飞行任务期间，不可避免地会在空间等离子环境中穿行，空间等离子体环境中的带电粒子会对航天器表面和内部造成不同程度的损伤，影响航天器安全性。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决的问题是如何提高航天器安全性。
[0005]为解决上述问题，本专利技术提供一种空间等离子体实时表征方法，包括：初始化参数，其中，所述参数包括轨道参数和姿态参数，所述轨道参数用于描述航天器的轨道运动状态，所述姿态参数用于描述所述航天器的姿态运动状态；根据所述轨道参数确定所述航天器的实时位置数据和实时速度数据，根据所述姿态参数确定所述航天器的实时空间姿态数据；根据所述实时位置数据确定等离子体环境的温度参数和密度参数，通过麦克斯韦等离子能量分布确定等离子体能谱，根据所述温度参数、所述密度参数和所述等离子体能谱确定实时空间等离子体环境数据；根据所述实时位置数据、所述实时速度数据、所述实时空间姿态数据和所述实时空间等离子体环境数据确定实时表征仿真数据。
[0006]可选地，所述空间等离子体实时表征方法还包括建立时间系统和空间坐标系系统，所述时间系统用于进行仿真时间的推移，所述空间坐标系系统用于进行空间运动状态的计算。
[0007]可选地，所述根据所述轨道参数确定所述航天器的实时位置数据和实时速度数据包括：根据所述仿真时间的推移，在所述空间坐标系系统下进行轨道计算，以确定所述实时位置数据和所述实时速度数据。
[0008]可选地，所述根据所述姿态参数确定所述航天器的实时空间姿态数据包括：根据所述仿真时间的推移，在所述空间坐标系系统下进行姿态计算，以确定所述实时空间姿态数据。
[0009]可选地，所述根据所述实时位置数据确定等离子体环境的温度参数和密度参数包括：从历史探测数据中获取与所述实时位置数据对应的所述温度参数和所述密度参数。
[0010]可选地，所述通过麦克斯韦等离子能量分布确定等离子体能谱包括：根据单麦克斯韦等离子体的麦克斯韦等离子能量分布确定对应的单麦克斯韦等离子体能谱；根据双麦克斯韦等离子体的麦克斯韦等离子能量分布确定对应的双麦克斯韦等离子体能谱。
[0011]可选地，所述双麦克斯韦等离子体包括各向同性的双麦克斯韦等离子体和各向异性的双麦克斯韦等离子体。
[0012]本专利技术所述的空间等离子体实时表征方法，采用仿真技术，根据实时位置数据、实时速度数据、实时空间姿态数据和实时空间等离子体环境数据确定实时表征仿真数据，从而能够准确描述空间等离子体对航天器产生的效应影响，进一步能够降低空间等离子体环境中的带电粒子对航天器表面和内部造成的损伤程度，从而提高航天器飞行安全。
[0013]本专利技术还提供一种空间等离子体实时表征装置，包括：初始化模块，用于初始化参数，其中，所述参数包括轨道参数和姿态参数，所述轨道参数用于描述航天器的轨道运动状态，所述姿态参数用于描述所述航天器的姿态运动状态；轨道姿态模块，用于根据所述轨道参数确定所述航天器的实时位置数据和实时速度数据，根据所述姿态参数确定所述航天器的实时空间姿态数据；等离子体环境模块，用于根据所述实时位置数据确定等离子体环境的温度参数和密度参数，通过麦克斯韦等离子能量分布确定等离子体能谱，根据所述温度参数、所述密度参数和所述等离子体能谱确定实时空间等离子体环境数据；表征仿真模块，用于根据所述实时位置数据、所述实时速度数据、所述实时空间姿态数据和所述实时空间等离子体环境数据确定实时表征仿真数据。所述空间等离子体实时表征装置与上述空间等离子体实时表征方法相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
[0014]本专利技术还提供一种空间等离子体实时表征系统，包括存储有计算机程序的计算机可读存储介质和处理器，所述计算机程序被所述处理器读取并运行时，实现如上空间等离子体实时表征方法。所述空间等离子体实时表征系统与上述空间等离子体实时表征方法相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
[0015]本专利技术还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器读取并运行时，实现如上空间等离子体实时表征方法。所述计算机可读存储介质与上述空间等离子体实时表征方法相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
附图说明
[0016]图1为本专利技术实施例的空间等离子体实时表征方法的流程示意图；
[0017]图2为本专利技术实施例的空间等离子体实时表征方法的仿真计算框架；
[0018]图3为本专利技术实施例的WGS
‑
84坐标系的示意图；
[0019]图4为本专利技术实施例的地心地固坐标系的示意图；
[0020]图5为本专利技术实施例的历元地心惯性坐标系的示意图；
[0021]图6为本专利技术实施例的双麦克斯韦等离子体能谱的示意图。
具体实施方式
[0022]地球附近空间中普遍分布着等离子环境，根据不同的能量和密度在地磁层中的不同区域分布着不同性质的等离子体，包括：电离层、等离子体层、等离子体片、磁层尾瓣和磁层顶边界层。电离层和等离子层分别位于大气层和内磁层，离地球较近，是人造地球卫星的主要活动区域，后三者为外磁层等离子体，距离地球较远，但是随着人类对太空的探索不断深入，人类深空活动必然不断增多。
[0023]空间中的等离子体环境对人造飞行器会产生多种效应影响，并直接或间接的造成人造飞行器的运行安全问题。等离子体环境对人造飞行器的主要影响是引起电流向航天器暴露表面流入，导致电荷累积效应，暴露在空间环境中的高压电源系统产生的电场会对这种电流的流动产生显著影响，所累积的电荷能够在航天器的不同电绝缘表面之间产生电位差，乃至引起破坏性的电弧放电，或者通过形成微电弧产生电磁噪声与烧蚀表面，这种表面烧蚀效应又会促进航天器周围气体与粉尘环境的形成。低地球轨道等离子体环境能够引起高压太阳电池阵(大于100V)产生电弧放电，即便在较低电压的情况下，也需要从设计上尽量避免太阳电池阵产生微弧放电及其引起的电磁干扰。
[0024]通常，太阳电池阵的工作电压应低于200V(起弧电压的经验阀值)，这会明显增加航天器配电系统的重量。在地球同步轨道条件下，等离子体的能量高，会形成比低地球轨道等离子体严重得多的充电环境，能够在航天器结构与空间等离子体间或不同表面间形成几千伏的电位差，所产生的电弧放电能够直接导致航天器失效。在航天器表面累积的电荷还易于将带电的污染物气体分子吸引到敏感表面，引起敏感表面的性能发生变化。为了研究空间等离子体对航天器产生的效应影响，需通过计算机仿真的方法进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空间等离子体实时表征方法，其特征在于，包括：初始化参数，其中，所述参数包括轨道参数和姿态参数，所述轨道参数用于描述航天器的轨道运动状态，所述姿态参数用于描述所述航天器的姿态运动状态；根据所述轨道参数确定所述航天器的实时位置数据和实时速度数据，根据所述姿态参数确定所述航天器的实时空间姿态数据；根据所述实时位置数据确定等离子体环境的温度参数和密度参数，通过麦克斯韦等离子能量分布确定等离子体能谱，根据所述温度参数、所述密度参数和所述等离子体能谱确定实时空间等离子体环境数据；根据所述实时位置数据、所述实时速度数据、所述实时空间姿态数据和所述实时空间等离子体环境数据确定实时表征仿真数据。2.根据权利要求1所述的空间等离子体实时表征方法，其特征在于，还包括建立时间系统和空间坐标系系统，所述时间系统用于进行仿真时间的推移，所述空间坐标系系统用于进行空间运动状态的计算。3.根据权利要求2所述的空间等离子体实时表征方法，其特征在于，所述根据所述轨道参数确定所述航天器的实时位置数据和实时速度数据包括：根据所述仿真时间的推移，在所述空间坐标系系统下进行轨道计算，以确定所述实时位置数据和所述实时速度数据。4.根据权利要求2所述的空间等离子体实时表征方法，其特征在于，所述根据所述姿态参数确定所述航天器的实时空间姿态数据包括：根据所述仿真时间的推移，在所述空间坐标系系统下进行姿态计算，以确定所述实时空间姿态数据。5.根据权利要求1所述的空间等离子体实时表征方法，其特征在于，所述根据所述实时位置数据确定等离子体环境的温度参数和密度参数包括：从历史探测数据中获取与所述实时位置数据对应的所述温度参数和所述密度参数。6.根据权利要求1所述的空间等离子体...

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