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1、VoII21No．2航天器工程第21卷第2期44SPACECRAFTENGINEERING2012年4月太陽(yáng)同步軌道衛(wèi)星熱控分系統(tǒng)分析及優(yōu)化吳文瑞黃海(北京航空航天大學(xué)宇航學(xué)院，北京100191)摘要定義地心日照軌道坐標(biāo)系，并在此坐標(biāo)系下簡(jiǎn)化衛(wèi)星與地球相對(duì)位置的復(fù)雜計(jì)算，以及衛(wèi)星軌道外熱流分析過(guò)程中相關(guān)角度的計(jì)算，使軌道外熱流的分析仿真更加快速、簡(jiǎn)潔。以正六棱柱形衛(wèi)星為例，建立熱網(wǎng)絡(luò)模型，對(duì)其表面在一圈軌道內(nèi)所受的軌道外熱流進(jìn)行仿真，并結(jié)合仿真結(jié)果計(jì)算進(jìn)出地影區(qū)時(shí)衛(wèi)星內(nèi)部的溫度。在此基礎(chǔ)上，建立以熱控分系統(tǒng)多層隔熱材料質(zhì)量最小化為目標(biāo)的優(yōu)化
2、問(wèn)題；在滿足高低溫工況衛(wèi)星內(nèi)部溫度在一10～+35℃范圍內(nèi)的約束下，對(duì)多層隔熱材料厚度和散熱窗大小進(jìn)行了優(yōu)化。關(guān)鍵詞太陽(yáng)同步軌道衛(wèi)星；熱控；軌道外熱流；優(yōu)化中圖分類號(hào)：V423．4文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADOI：10．3969／j．issn．1673—8748．2012．02．008AnalysisandOptimizationofSSOSatelliteThermalControlSubsystemWUWenruiHUANGHai(SchoolofAstronautics，BeihangUniversity，Beijing100191，China)
3、Abstract：AnEarth-originalsunshineorbitalcoordinatesystemisdefined．Inthiscoordinatesystem，thecomplexcomputationoftherelativepositionbetweensatelliteandtheEarthcanbebypassed，SOthecal—culationsofrelatedanglesinsatelliteorbitalheatfluxanalysisbecomesimple，andthesatellitetherma
4、lanalysiscanbequicklyaccomplished．Athermalnetworkmodelofasix-prismshapedsatelliteisbuilt．Theorbitalheatfluxonthesurfacesofthesatelliteissimulatedandappliedinthemodeltoobtainthesatelliteinternaltemperatureatthestartandendofeclipseperiod．Basedonthemodel，anoptimizationoftherm
5、alcontrolsystemtominimizemulti—layerinsulationsmassinlimitationofthesatelliteinternaltemperaturesbetween—IO~Cand4-35~Cinbothcoldandhotcasesisestablished．Multi—layerinsula—tionsthicknessandradiatorwindowareaareoptimized．Keywords：SSOsatellite；thermalcontrol；orbitalheatflux；o
6、ptimization中關(guān)鍵且復(fù)雜的一環(huán)[1]，蒙特卡羅光線追蹤法是1引言較常用的仿真方法，對(duì)形狀復(fù)雜或內(nèi)部換熱的角系數(shù)計(jì)算較有優(yōu)勢(shì)，文獻(xiàn)E32采用蒙特卡羅光線追蹤法在衛(wèi)星熱設(shè)計(jì)分析時(shí)，首先要對(duì)衛(wèi)星的軌道參對(duì)星載光電設(shè)備的瞬態(tài)溫度場(chǎng)進(jìn)行了仿真分析；寧數(shù)進(jìn)行計(jì)算，然后通過(guò)仿真得到軌道上衛(wèi)星各表面獻(xiàn)文等_4推導(dǎo)了傾斜軌道六面體衛(wèi)星空間外熱流的所受的軌道外熱流密度，并以此為外部條件，建立衛(wèi)解析模型，提出一種新的地球反照周期平均值的簡(jiǎn)星的熱分析仿真模型，計(jì)算衛(wèi)星各部分的溫度。在化計(jì)算方法。張濤等_5提出了近地軌道空間外熱流軌道外熱流仿真過(guò)程中，對(duì)輻
7、射角系數(shù)的分析是其的能束均勻分布(RuD)方法，在考慮遮擋問(wèn)題的外收稿日期：2011-11—26：修回日期：2012—01—29作者簡(jiǎn)介：吳文瑞(1983一)，男，博士研究生，研究方向?yàn)樾l(wèi)星總體設(shè)計(jì)多學(xué)科優(yōu)化。Email：wuwr@sa．buaa．edu．cn。第2期吳文瑞等：太陽(yáng)同步軌道衛(wèi)星熱控分系統(tǒng)分析及優(yōu)化45熱流分析中有速度快、精度高等優(yōu)勢(shì)。在計(jì)算衛(wèi)星需要一個(gè)參數(shù)叫來(lái)描述，且與仿真時(shí)間直接相關(guān)。各部分溫度時(shí)，一般用熱網(wǎng)絡(luò)模型或有限元模2．2軌道外熱流仿真時(shí)相關(guān)角度參數(shù)的計(jì)算型l_7來(lái)求解。李運(yùn)澤等建立了衛(wèi)星熱控分系統(tǒng)動(dòng)態(tài)衛(wèi)星在軌運(yùn)行
8、時(shí)，其表面接收的軌道外熱流主特性的模型_8]，并進(jìn)行了軌道溫度預(yù)測(cè)l9]，針對(duì)納衛(wèi)要包括太陽(yáng)輻射、地球紅外輻射和地球反照輻射3星進(jìn)行了散熱面和隔熱層厚度的聯(lián)合設(shè)計(jì)口。種。本文采用
