低轨星载粒子探测器布局优化研究

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1、第22卷第3期航天器工程V01．22No．32013年6月SPACECRAFTENGINEERING29低轨星载粒子探测器布局优化研究朱兴鸿王建冈袁仕耿(航天东方红卫星有限公司，北京100094)摘要基于卫星工具包(STK)、MATLAB软件和国际地磁参考场(IGRF)模型，对粒子探测器在低轨卫星任务中的投掷角测量范围进行了仿真，并给出了其探测器的星上布局优化方法。研究结果表明：粒子探测器的星上布局选择与任务的探测目标相关。如果探测目标是束缚在磁场中作弹跳运动的粒子，应将探测器在朝向卫星轨道坐标系

2、±y轴的基础上向卫星的前进方向偏转；如果探测目标是处于损失锥中的沉降粒子，应将探测器在朝向卫星轨道坐标系一y轴的基础上向天顶方向偏转；为实现全投掷角探测范围的探测，要使用多个探测器通过构型布局优化进行联合探测。文章提出的投掷角测量范围分析与优化方法，可推广到多种轨道高度的粒子探测卫星总体设计中，为提升卫星的总体分析设计水平提供支持。关键词低轨卫星；粒子探测器；投掷角；布局优化中图分类号：P353文献标志码：ADOI：10．3969／j．issn．1673—8748．2013．03．005Study

3、onLayoutOptimizationforLEOSatelliteParticleDetectorZHUXinghongWANGJiangangYUANShigeng(DFHSatelliteCo．Ltd，Beijing100094，China)Abstract：InordertooptimizethelayoutofparticledetectoronboardLEOsatellite，pitchangledetectionrangeissimulatedusinginteractivesi

4、mulationbasedonSTK，MATLABandIGRFmodels，andanoptimizationmethodisproposed．Theresultshowsthatthelayoutselectionistightlycoupledwiththeobjectiveofthemission．Formissionwhoseobjectiveistoobservebouncingparticles．detectorshouldrotatetowardsvelocitydirection

5、basedon±YaxisinVVLHsystem．Forthosethatfocusontheprecipitationparticleswithinthelosingcone，detectorshouldrotatetowardszenithdirection．Ifacompletepitchdetectionrangeisrequired，amultipledetec—torsystemshouldbeimplementedbasedonlayoutoptimization．Moreover

6、，thepitchangledetec—tingrangeanalysisandlayoutoptimizationmethodproposedinthispapercanbegeneralizedtootherparticledetectingmissions，andprovidebasicsupportinenhancingsystemdesigncapabilities．Keywords：LEOsatellite；particledetector；pitchangle；layoutoptim

7、ization1引言从人类空间科学发展开始，空间粒子探测所涉收稿日期：2013—02—20：修回日基金项目：国家重大航天工程作者简介：朱兴鸿(1983一)，男期：2013—04—01及的领域不断地得到拓展，除了空间物理现象和机制的研究外，在空间天气预警、地震前兆监测E1]、空间环境效应防护以及载人航天生命安全保障‘23等领域，都需要空间粒子探测数据作为基本的支持。近，硕士，从事电磁监测试验卫星总体设计工作。Email：little．zhuxh@gmail．corn。30航天器工程22卷年来，随着对

8、空间粒子持续观测需求的增长和航天领域相关技术的发展，星载粒子探测器越来越多地被集成在低轨卫星中。对于在地球磁场中运动的粒子，如果要对粒子的运动特性进行研究，那么粒子的投掷角就是一个非常关键的参数。一方面，如果探测器的投掷角测量范围较窄，则在空间所能探测到空间粒子运动特性的分布范围就会比较小，使用其探测数据不足以对空间粒子的分布情况进行重建。另一方面，探测粒子对象不同，使探测器的投掷角测量范围也相应地有所不同，如果探测器的探测范围与探测对象的空间实际分布不能良好匹配，就会造成探测器的