卫星在轨太阳辐射热流的简化计算方法

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1、2012年8月中国空间科学技术塑!塑篁!!里!!!量里!!皇量!i!望!呈呈里垒!塞!垒呈呈!呈苎兰卫星在轨太阳辐射热流的简化计算方法’刘欣，潘增富t(1中国运载业箭技术研究院．北京100076)(2中国空『日J技术研究院，北京100094)摘要针对卫星在轨太阳辐射热流计算过程中计算参数多，计算过程复杂的问题，提出了一种简化的计箕方法。谊方法在分析卫星、地球和太阳三寿乏两空闻几饵关东的基础上，建立了新的计算坐标系，在计算坐标系中对卫星、地球和太阳的位置进行了重新规定，并在此坐标系中推导了卫星太阳辐射热流的计算公式。

2、运用此方法对卫星太阳辐射热流进行分析求解时，轨道参数之间的空间角度关系更为简单，仅需对7个主要参数进行计算，与传统方法相比较计算量减少了约2／3。关键词空间外热流计算太阳辐射简化计算卫星．DOI：10．3780／{．issn．1000758X．2012．04．003l引言卫星在空间轨道运行时，太阳辐射、地球反照辐射、地球红外辐射是影响卫星温度水平高低的主要因素之一，其中太阳辐射对卫星的影啊最大。了解p星各个表而太阳辐射外热流的变化，将为卫星热控系统的设计和散热而的选取提供依据。因此，太阳辐射的计算是卫星空间外热流分

3、析计算中最重要的一部分。一般隋况下，根据卫星的运行轨道，建立卫星、地球和太阳的空间几伺关系，在天球坐标系中利用球面三角函数关系可推导出卫星、地球和太阳之问相关位置参数的计算公式，建立基本的空间外热流计算方法““。在上程计算中运用这些公式对空间外热流进行计算时，计算参数较多，仅计算太阳辐射热流就需要对约20个轨道参数进行计算，并且受求解反三角函数值域的限制，在计算过程中需要对空间角度反复进行判断定位，计算流程也较为复杂繁琐。在空间外热流的计算方法研究中，许多文献也提出了一些新的算法，但主要是针对地球反照辐射和地球红外

4、辐射的计算简化H“，对太阳辐射热流计算过程进行简化的方法还不多见。本文在目前常用的空问外热流计算方法基础上，对太阳辐射热流的计算过程进行了简化，仅需对7个主要参数选行计算，可i三}有效避免复杂的空阊角度关系分析过程，提高计算效率，2太阳辐射热流分析在卫星热设计中，一般把太阳光当作平行光处理。入射到T】星任意一微兀表面dA上的太阳辐射曲。为⋯，⋯⋯⋯，⋯⋯。81，：5≠，姐、‘1’式中S为太阳辐射常数；d，为太阳辐射角系数。收稿日期：z奶31012。收修改稿日期：20111208!i尘圈至回整芏丛查!!!!至!旦根据

5、太阳辐射角系数定义有≯l—CO啦(2)式中风为太阳光与IJ．星外表微元面法线的夹角，如图]所示。从式(1)、(2)可以看出，求解卫星表面所受太阳辐射热流，关键是求解卫星表面法线与太阳光的夹角p，。B的计算涉及到卫星、地球和太阳之间的空间几何关系，以及卫星自身的构型和E行姿态，计算时需要综合考虑这些因素。3太阳光与卫星运行轨道面之间的关系计算卫星接收的太阳辐射时，太阳光与卫星轨道面的夹角是一个重要参数，如图2所币，i。取值为【7]～90。～90。，其计公式为sin／日一coslsinlsinX／P+sinlsing?

6、cosl／tsinlcoslcosLf2sinW(式中i为卫星运行轨道倾角；，为赤道面与黄道面的夹角；皿太阳黄经；n为卫星运行轨道升交点赤经。从式(3)可以看出，i。角的变化规律同太阳位置、升交点赤以及轨道倾角3个因素密切相关。在轨卫星一般轨道倾角保持不图2太阳光与轨道面夹角变，但由于太阳在黄道面内的运动以及升交点悫经的漂移，必然“g。．12⋯锶。嚣‘：茹芝：。=61‘引起i。角的变化。4简化方法推导实际J二，通过对卫星、地球和太阳相互空间几何关系的分析可以发现，太阳光与轨道呵夹角i。是影响卫星接受太阳辐射大小的关

7、键参数”3。在太阳辐射强度不变的情况F，小管卫星轨道位置如何变化，只要太阳光与卫星轨道面夹角i一相同，对于构型和姿态一致的卫星，其接受的太阳辐射就是相同的。本文的计算方法正是根据这个思路推导出来。4．1建立计算坐标系要对卫星在轨空间几何关系进行分析，首先要建立坐标系。一般情况下为了描述卫星的空问位置，选用春分点为主点，天赤道为基圈，建立赤道惯性坐标系o]。在赤道惯性坐标系中卫星在轨道面内运动，太阳在黄道面内运动，卫星、地球、太阳三者之间都在相对运动，在轨道参数计算中需要考虑卫星和地球、卫星和太阳以及地球和太阳之间的

8、空间几何关系，显得十分复杂。在确定了太阳光与卫星轨道面夹角i。后，如果能在坐标系中将太阳的位置固定，则整个空间几何关系的计算就只用考虑卫星和地球、卫星和太阳之间的变化，这也就可以简化计算过程。1)如图3所示建立计算坐标系。坐标系以地心为圆心o，天赤道为基囤，卫星在计算坐标系中的轨道升交点为主点，北天极为坐标系的极，．z'yz满足右手法则p2)根据式(3)的计