一种用于低轨卫星批量热试验的外热流模拟方法技术

本发明专利技术是一种用于低轨卫星批量热试验的外热流模拟方法。本发明专利技术涉及航空航天技术领域，本发明专利技术利用真空试验设备热沉完成空间外热流模拟和“冷、黑”环境模拟。该方法减少了试验中单颗卫星的资源消耗，适于卫星批量化研制，且对于新研卫星和批产卫星均适用；减少外热流模拟装置的使用，可降低红外加热笼设计制造的周期和费用，热试验的安全性也得到提高；试验过程中利用气氮控制热沉温度，节能环保，经济性好，热沉升降温速度快，可明显缩短热平衡，热真空的试验时长；试验方法可移植性强，可适用于太阳同步轨道，低倾角轨道等常见低轨卫星的外热流模拟。外热流模拟。外热流模拟。

【技术实现步骤摘要】
一种用于低轨卫星批量热试验的外热流模拟方法


[0001]本专利技术涉及航空航天
，是一种用于低轨卫星批量热试验的外热流模拟方法。

技术介绍

[0002]航天器真空热试验是航天器研制过程中状态最复杂、耗资最大、耗时最长的试验项目之一，是提高航天器在轨可靠性的一种有效、必要的手段。空间外热流是热试验的主要模拟要素，外热流模拟是否准确直接关系到试验的成败。
[0003]80年代闵桂荣院士提出发展红外加热模拟作为航天器试验的主要手段，至今红外加热笼仍是模拟空间外热流最常见的方式。随着商业航天兴起，低轨卫星对研制成本和周期更加敏感，研制过程快速性与可靠性的矛盾更加突出，如何可靠高效地进行热试验成为亟待解决的问题。在传统热试验的基础上，探索一套高效可靠的整星热试验方法，对追求低成本、短周期的低轨道卫星来说，意义重大。
[0004]为解决这一问题，提出了一种用于卫星批量热试验的外热流模拟方法，创造性地采用真空试验设备热沉完成空间外热流模拟以及“冷、黑”环境模拟，保证卫星可靠性的前提下，达到降低研制成本缩短真空热试验周期的目的。该外热流模拟方法能节省红外加热笼(辐射板)制造费用，提高试验效率，节省试验时间，保障试验的安全性和可靠性。该方法还减少了试验中单颗卫星的资源消耗(空间资源、能量资源等)，适于低轨卫星批量化研制。
[0005]专利名称：一种用于微小卫星的外热流模拟装置，专利号：202020338461.0描述的是一种用于微小卫星的外热流模拟装置，包括支撑框架和加热组件。实质上仍是红外辐射板外热流模拟装置，其加热组件固定于所述支撑框架内，加热组件包括发热基板、发热基板一侧的导热片和发热基板另一侧的多个加热器。将导热片一侧朝向试验微小卫星。该专利技术的均匀发热的板状加热组件，增强了热流的均匀性，结构简单，易于加工，总体成本较低，适用于卫星热试验中的轨道外热流模拟。但该专利技术存在以下不足：
[0006]1、红外辐射板作为外热流模拟装置需要真空容器热沉温度越低越好。要利用液氮对热沉降温至100K以下，升降温速度慢，试验周期长，费用高；
[0007]2、支撑框架和加热组件通用性较差，一般只能适配一种型号卫星；
[0008]3、若卫星外形复杂，模拟外热流误差大大增加，而且加热组件的设计和分区会变得复杂，造成试验的安全性降低；
[0009]4、每个参加试验的卫星需配备单独的加热组件，试验效费比低，不适合卫星批量热试验的开展。

技术实现思路

[0010]本专利技术为了主要应用于低轨卫星热试验技术中。目的是提高航天器热试验效率，降低试验成本，适用于卫星批量化试验。基于此，本专利技术提供一种用于低轨卫星批量热试验的外热流模拟方法。
[0011]需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0012]本专利技术提供了一种用于低轨卫星批量热试验的外热流模拟方法，本专利技术提供了以下技术方案：
[0013]一种用于低轨卫星批量热试验的外热流模拟方法，所述方法包括以下步骤：
[0014]步骤1：分析卫星各方向外热流，将分析得到的卫星轨道外热流结果，作为输入条件；
[0015]步骤2：将卫星表面分为多个外热流模拟区域，确定可采用热沉模拟的区域；
[0016]步骤3：判断是否完全由热沉模拟外热流；
[0017]步骤4：当卫星表面仍然存在需要设置外热流模拟装置的区域，计算外热流模拟装置区域的控制点温度；
[0018]步骤5：当卫星的外热流均可采用热沉等效模拟，进行热沉模拟区域外热流归一化处理；
[0019]步骤6：完成热流的归一化处理后，进行热沉模拟外热流区域热沉设置温度的计算；
[0020]步骤7：在确定热沉设定温度后，进行试验模型仿真验证，当需进行热沉等效模拟外热流的区域的重新划分，即重新执行步骤2。
[0021]优选地，所述步骤2具体为：
[0022]将卫星表面分为n个外热流模拟区域，当区域i的K
i
数小于n，则认为该区域适用热沉模拟外热流，否则该区域需要设置额外的热流模拟装置，K
i
数通过下式计算：
[0023][0024]其中，Q
i
,Q
j
分别为区域i,j的轨道到达热流密度，C
i
为该区域卫星对应的等效比热容，A
i
为该区域卫星对应的等效面积，M
i
为该区域卫星对应的等效质量，ΔT为允许误差。
[0025]优选地，所述步骤4具体为：
[0026]外热流模拟装置区域j采用辐射板进行温度闭环控制，控制点温度通过下式表示：
[0027][0028]其中，Q
Solar
‑
j
是到达区域j的太阳辐射热流密度，Q
albedo
‑
j
是到达区域j的地球返照热流密度，Q
EarthIR
‑
j
是到达区域j的地球红外辐射热流密度，σ为斯蒂芬玻尔兹曼常数，α
j
为区域j的卫星表面太阳吸收率，ε
j
区域j的卫星表面红外吸收发射率。
[0029]优选地，所述步骤5具体为：
[0030]将应用热沉模拟外热流区域i的热流采用公式(3)进行归一化处理：
[0031][0032]其中，q
avg
为归一化处理后的卫星吸收热流密度，用于计算热试验中热沉设置温度，Q
Solar
‑
i
是到达区域i的太阳辐射热流密度，Q
albedo
‑
i
是到达区域i的地球返照热流密度，Q
EarthIR
‑
i
是到达区域i的地球红外辐射热流密度，α
i
为区域i的卫星表面太阳吸收率，ε
i
区域i的卫星表面红外吸收发射率，A
S
为卫星表面积。
[0033]优选地，所述步骤6具体为：
[0034]真空试验设备的热沉模拟轨道外热流时需设置的温度通过下式计算：
[0035][0036]其中，T0为真空容器热沉温度，ε
s
为卫星表面等效发射率。
[0037]优选地，所述步骤7具体为：
[0038]利用δ
avg
可以衡量热试验模型的误差大小；
[0039][0040][0041]其中，δ
avg
代表热试验平均误差，δ
i
是单个组件热试验预本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于低轨卫星批量热试验的外热流模拟方法，其特征是：所述方法包括以下步骤：步骤1：分析卫星各方向外热流，将分析得到的卫星轨道外热流结果，作为输入条件；步骤2：将卫星表面分为多个外热流模拟区域，确定可采用热沉模拟的区域；步骤3：判断是否完全由热沉模拟外热流；步骤4：当卫星表面仍然存在需要设置外热流模拟装置的区域，计算外热流模拟装置区域的控制点温度；步骤5：当卫星的外热流均可采用热沉等效模拟，进行热沉模拟区域外热流归一化处理；步骤6：完成热流的归一化处理后，进行热沉模拟外热流区域热沉设置温度的计算；步骤7：在确定热沉设定温度后，进行试验模型仿真验证，当需进行热沉等效模拟外热流的区域的重新划分，即重新执行步骤2。2.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述步骤2具体为：将卫星表面分为n个外热流模拟区域，当区域i的K
i
数小于n，则认为该区域适用热沉模拟外热流，否则该区域需要设置额外的热流模拟装置，K
i
数通过下式计算：其中，Q
i
,Q
j
分别为区域i,j的轨道到达热流密度，C
i
为该区域卫星对应的等效比热容，A
i
为该区域卫星对应的等效面积，M
i
为该区域卫星对应的等效质量，ΔT为允许误差。3.根据权利要求2所述的方法，其特征是：所述步骤4具体为：外热流模拟装置区域j采用辐射板进行温度闭环控制，控制点温度通过下式表示：其中，Q
Solar
‑
j
是到达区域j的太阳辐射热流密度，Q
albedo
‑
j
是到达区域j的地球返照热流密度，Q
EarthIR
‑
j
是到达区域j的地球红外辐射热流密度，σ为斯蒂芬玻尔兹曼常数，α
j
为区域j的卫星表面太阳吸收率，ε
j
区域j的卫星表面红外吸收发射率。4.根据权利要求3所述的方法，其特征是：所述步骤5具体为：将应用热沉模拟外热流区域i的热流采用公式(3)进行归一化处理：其中，q
avg
为归一化处理后的卫星吸收热流密度，用于计算热试验中热沉设置温度，Q
Solar
‑
i
是到达区域i的太阳辐射热流密度，Q
albed...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔林，柏添，姜峰，孙强强，王殿君，李强，张源博，王建超，李必胜，
申请(专利权)人：长光卫星技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：