低轨卫星悬浮电位仿真分析方法技术

本发明专利技术提供一种低轨卫星悬浮电位仿真分析方法，包括：获取低轨空间的环境参数、太阳阵的状态参数以及卫星的材料信息；根据所述环境参数、状态参数以及材料信息建立动态仿真模型；对所述动态仿真模型进行数值模拟计算以得出卫星模型的悬浮电位；以动态仿真模型为基础，通过粒子模拟数值分析方法计算卫星的悬浮电位，能够有效提高计算的精度。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供一种，包括：获取低轨空间的环境参数、太阳阵的状态参数以及卫星的材料信息；根据所述环境参数、状态参数以及材料信息建立动态仿真模型；对所述动态仿真模型进行数值模拟计算以得出卫星模型的悬浮电位；以动态仿真模型为基础，通过粒子模拟数值分析方法计算卫星的悬浮电位，能够有效提高计算的精度。【专利说明】
本专利技术涉及航天
，尤其涉及一种。
技术介绍
太阳电池阵电源系统作为卫星最重要的有效载荷之一，由于它完全暴露于空间等离子体环境中，容易受到空间带电环境的影响而收集空间等离子体环境中的电流，引发卫星结构电位变化。卫星的结构电位变化将会引起放电事件及影响卫星上载荷的正常工作，如引起空间环境探测载荷的探测数据误差、导致高压太阳阵的烧毁等。在卫星设计阶段，需要针对其运行的空间环境开展悬浮电位的分析，从而采取有效的方法进行控制。目前在卫星与空间等离子体相互作用的分析计算方面，一般采用了磁流体和粒子模拟两种方法。而粒子模拟(PIC)数值分析方法是一种以动态等离子体模型为基础的功能强大的数值计算方法，它能够比较精确地对卫星与空间等离子体之间的互相作用进行分析计算。如ESA/T0S-EMA开发了 LE0/PE0 (Polar Earth Orbit)轨道的处理卫星等离子体相互作用和电磁效应软件，其中数值计算采用二维PIC方法。由欧洲IRF-K、CNRS-UVSQ/CETP和ESA/T0S-EMA共同开发研制的PicUp3D/Spis卫星与等离子体相互作用模拟软件，都采用了精度更高的PIC方法。但是，针对卫星悬浮电位分析，目前多采用近似解析的方法开展分析计算，解析的方法计算在精度方面较低。而且，科学探测载荷对于悬浮电位的精度要求往往很高。因此建立一种高精度的悬浮电位计算方法具有重要的意义。
技术实现思路
在下文中给出关于本专利技术的简要概述，以便提供关于本专利技术的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本专利技术的穷举性概述。它并不是意图确定本专利技术的关键或重要部分，也不是意图限定本专利技术的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。本专利技术提供一种，包括:获取低轨空间的环境参数、太阳阵的状态参数以及卫星的材料信息；根据所述环境参数、状态参数以及材料信息建立动态仿真模型；对所述动态仿真模型进行数值模拟计算以得出卫星模型在预设时间内的悬浮电位。本专利技术提供的地轨卫星悬浮电位仿真分析方法，以动态仿真模型为基础，通过粒子模拟数值分析方法计算卫星的悬浮电位，能够有效提高计算的精度。【专利附图】【附图说明】为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术提供的一种实施例的流程图。图2为本专利技术提供的中网格单元划分的示意图。【具体实施方式】为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。在本专利技术的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本专利技术无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。参考图1，本实施例提供，一种，包括:步骤S101，获取低轨空间的环境参数、太阳阵的状态参数以及卫星的材料信息；步骤S102，根据所述环境参数、状态参数以及材料信息建立动态仿真模型；步骤S103，对所述动态仿真模型进行数值模拟计算以得出卫星模型在预设时间内的悬浮电位。具体地，低轨空间的环境参数包括:电子密度、电子温度、离子密度、离子温度；太阳阵的状态参数包括:太阳阵相对于卫星结构地的工作电压、太阳阵裸露金属互联的位置和连接方式；卫星的材料信息包括卫星表面的材料信息。其中，环境参数采用典型的低轨道环境参数，其中电子温度为0.3eV，电子密度为109/m3，离子温度为OleV，离子密度为109/m3。太阳阵包括成矩阵排列的多个太阳能电池，太阳能电池的表面覆盖有玻璃盖片，玻璃盖片上采用防静电的ITO膜包覆，将卫星的防静电膜ITO接地并作为卫星的结构地；各个太阳能电池之间通过裸露的金属互联，串联的太阳能电池提供工作电压，再并联提供工作电流。本实施例中需要计算的卫星的悬浮电位为卫星的结构地与太阳阵中互联的裸露金属之间的电位差。根据低轨道的特点，等离子体与卫星相互作用采用PIC (粒子模型)进行分析，根据所述空间环境参数、状态参数以及材料信息建立动态仿真模型，包括:根据所述电子密度、电子温度、离子密度、离子温度建立相应的等离子体环境模型，根据所述工作电压、裸露金属的互联位置和连接方式，建立太阳阵模型，根据所述卫星表面的材料信息建立卫星模型；所述卫星模型及太阳阵模型处于所述等离子体环境模型中。对所述动态仿真模型进行数值模拟计算以得出所述卫星模型的在预设时间内的悬浮电位，包括:设置预设时间及时间步长；计算每一个时间步长内的卫星模型的悬浮电位直至达到预设时间；将太阳阵模型与卫星模型结构地之间的固定电位和每一个时间步长内获得的悬浮电位进行叠加以获得所述卫星模型在预设时间内的悬浮电位。进一步地，所述计算每一个时间步长内的卫星的悬浮电位，包括:将等离子体环境模型划分为多个网格单元；根据每个网格单元的等离子环境变化规律确定一个时间步长内网格单元内的带电粒子的数量及速度，并根据所述带电粒子的数量和速度确定每个网格单元的电流；根据各个网格单元的电流计算一个时间步长内卫星模型的悬浮电位。所述等离子环境模型中包含等离子体区域、卫星模型和太阳阵模型，划分网格单元时需要对等离子体区域、卫星模型和太阳阵模型进行划分。具体地，对于等离子体区域的划分，是依据等离子体的德拜长度，一般为0.7 λ D，对于太阳阵模型的网格划分，需要根据具体的细节，网格需要更精细，可能比0.7λΒ更小，例如太阳阵中太阳能电池的之间的间隙通常只有1_，则需要将网格划分为1mm。实际情况中，可根据具体的结构特点对网格进行划分。进一步地，根据每个网格单元的等离子环境变化规律确定一个时间步长内网格单元内的带电粒子的数量及速度，并根据所述带电粒子的数量和速度确定每个网格单元的电流，包括:确定所述带电粒子的初始位置和初始速度；通过泊松方程和麦克斯韦方程组得出各个网格单元的电场和磁场，并利用洛伦兹力公式和牛顿运动公式分别计算每个网格单元中带电粒子的洛伦兹力和运动状况；根据所述每个网格单元中的带电粒子的洛伦兹力和运动状况，获得带电粒子的速度和数量；根据网格单元中的带电粒子的速度和数量，计算所述网格单元在一个时间步长内的电流。上述步骤是在一个时间步长内，因此带电粒子的初始位置和初始速度为上一个时间步长结束时带电粒子的位置和速度。在最开始时，带电粒子初始时在等离子体环境模型的空间内均匀分布本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：汤道坦，杨生胜，李得天，秦晓刚，柳青，王俊，
申请(专利权)人：兰州空间技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：