应用计算几何的月面太阳辐照度仿真模型.pdf

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1、第23卷第4期航天器工程Vo1．23NO．42014年8月SPACECRAFTENGINEERING19应用计算几何的月面太阳辐照度仿真模型刘书豪(北京空间飞行器总体设计部，北京100094)摘要月面太阳辐照度对月面环境分析、月面巡视器设计具有重要意义。文章提出了一种应用计算几何的月面任意位置太阳辐照度仿真模型。首先，计算太阳、地球等天体相对月面点的位置；然后，将各天体投影至以月面点为球心的天球球面，并通过裁剪运算和二维布尔运算得到太阳未被遮挡的形状；最后，利用太阳可见面积对理想太阳辐照度模型进行修正，得到通用的模型。为

2、验证提出模型的有效性，将仿真结果与STK软件进行比较。结果表明，文章中的模型综合考虑了地球、月面等多种因素对太阳辐射的耦合影响，其与STK软件获得的结果相比，更符合真实的太阳光照状态。关键词月面太阳辐照度；计算几何；月平面；裁剪运算；布尔运算；面积求解中图分类号：V467．3文献标志码：ADOI：10．3969／j．issn．1673—8748．2014．04．004LunarSurfaceSolarIrradianceSimulationModelBasedonComputationalGeometryLIUShuha

3、o(BeijingInstituteofSpacecraftSystemEngineering，Beijing100094，China)Abstract：Thestudyofsolarirradianceonlunarsurfaceisveryimportanttolunarsurfaceenvi—ronmentanalysisandlunarroverdesign．Asolarirradiancemodelforlunarsurface’Sarbitrarypositionbasedoncomputationalgeo

4、metryisproposed．Firstly，thepositionsofthesunandthemoonrelativetoalunarsurfacepointarecomputed．Secondly，thecelestialbodies，includingthesun，theearthandthemoon，areprojectedinthecelestialspherecenteredatthelunarsurfacepoint．Theshapeofthesunthatisn’toccludedbytheother

5、celestialbodiesisconstructedwithclippingandplanarBooleanoperations．Finally，thetheoretiealsolarirradiancemodelismodifiedbythenon—occludedshapeareaofthesuntogetageneralmode1．Toillustrateefficiencyandeor—rectnessofthemodel，thesimulationresultsarecomparedwiththeSTK’S

6、．Thecomparisonindi—eatesthatthemodelofthispaperconsiderscouplingeffectoftheearthandlunarsurface，andisclosertorealsunlightconditionthanSTKwhenthesunisshadedbyseveralobstaclessimultane—ously．Keywords：lunarsurfacesolarirradiance；computationalgeometry；lunarhorizontal

7、surface；clippingoperation；Booleanoperation；areacomputation收稿日期：2013—1012；修回日期：2013—11-19基金项目：国家重大科技专项工程作者简介：刘书豪，男，工程师，研究方向为航天器总体仿真技术。Email：33151420@163．corn。20航天器工程(3)月心固联坐标系0MXyFZF(见图1)：原点1引言为月心OM；X轴在月球赤道平面内，指向零度经线方向，即指向月球赤道面与中央湾子午线的交线方月面太阳辐照度是影响月面环境的关键因素，向；ZF轴垂

8、直于月球赤道平面，与月球自转角速度是月面巡视器设计的重要输入条件。特别是当巡视矢量方向一致；y轴按右手法则确定。月面经纬度器处于月夜与月昼转换及月食期间，太阳辐照变化根据此坐标系定义。剧烈，直接影响月面温度变化，从而对热控系统产生影响，而热控设备的开关状态又将影响电源系统性能l1]。因此，准确模拟月面太阳辐照度变化，