上面级在发射轨道的辐射外热流分析

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1、第3l卷第1期航天器环境工程v01．31．No．12014年2月SPACECRAFTEN、，IRONMENTENGINEERING57http：／／mn】lr．bisee．ac．cnE-mail：htqhjgc@126．comTel：(010)68116407，68116408，68116544上面级在发射轨道的辐射外热流分析杨炜平，李德富，朱尚龙，刘小旭，陈益(北京宇航系统工程研究所，北京l00076)摘要：研究发射轨道的外热流是进行火箭上面级和卫星热控设计的基础。文章给出了基于一组轨道和姿态参

2、数的太阳矢量与地球矢量的计算方法。针对圆柱外形的上面级，分析了其发射轨道外热流的变化规律，利用该计算方法计算了太阳矢量，而太阳矢量在长时间滑行段相对固定，太阳矢量和受晒因子随发射时间而发生大幅度的变化，使得外热流工况变得非常复杂。通过对太阳定姿且绕箭体纵轴慢旋，可改善火箭上面级的飞行热环境，简化卫星和上面级的热控系统设计。关键词：上面级；发射轨道；辐射外热流；计算分析中图分类号：V474：TKl21文献标志码：A文章编号：1673—1379(2014)01．0057．05DoI：lO．396刚．i

3、ssn．1673-1379．2014．01．011AnalysisOfexternalradiationheatnuxf．orupperstageOnlaunchorbitY蚰gweiping，LiDem，zhuShanglong，Liuxiaoxu，ChenYi(BeijingInstituteofAs仃onauticalSystemsEngineering，Beijing100076，China)Abstract：The锄alysisoftlleextemalheatnuxonl姗chorbi

4、tisex仃emelyimponantforthelhe兀Ilaldesi印ofbothupperstage锄dsatellites．Thisp印erpr叩osesamethodfbrtllecalculationofthevectortotheSunandtllevectortotheEarthbasedonagroupoforbital锄dattimdep撇metcrs．Theextemalheatn11)【forthecylin埘calupperstageisanalyzed．Itisind

5、icatedt11att11esolarillumillationisthedominantextemalheatnuxonmelaunchorbit．ThevectortomesllllisrelatiVelyinV撕able姒ngthel∞gcoastphase，whileboththevectortothesun柚dthepercenttiIneinthes11nli曲tVaugreatlywimthel砌chtime，whichcomplicatestheex仃emec勰es．111es岫

6、-砸∞协廿0n锄daslowspinar0吼dthelon舀tIldillala】【isisrecornIll∞dcdfortheimprov锄entoftllethemalenvirol瑚∞t锄dthesimplificationofmethe珊alconnDlsystemforsatellites柚dupperstage．K-eywords：upperstage；l姗chorbit；extemalradiationheatnll】【；n岫erical锄alysis0引言上面级是在基础级火箭或重

7、复使用运载器上面增加的相对独立的一级或多级，可将一个或多个航天器直接送入预定工作轨道或预定空间位置，一般具有多次起动、短期在轨工作、自主飞行、多任务适应性等特点，是提高火箭性能和任务适应能力的有效途径【l‘3]。与传统运载火箭数十分钟的飞行时间不同，上面级在空间的飞行时间可达数小时，需要较长时间经受太阳辐照、地球红外辐射、地球反照、真空、冷黑等空间热环境。为保证上面级各系统仪器设备处于合理的温度范围内，必须对上面级采取热控制措施。而准确计算上面级外热流、分收稿日期：2013．10．16；修回日期：

8、2014-0l—03析极端热环境条件则是进行热控设计的前提。国内在飞行器外热流计算方面开展了大量的研究工作。文献[4]提出了航天器在上升段的空间辐射外热流计算公式及航天器在该段是否进入地球阴影区域的判定准则。该方法仅适用于航天器不白旋、偏航角为零、弹道发射平面倾角和入轨后的轨道平面倾角相等、从北半球地理位置向东南方向发射的情形。文献[5]对某运载火箭上面级的热环境进行了分析，认为上面级的外热流情况随发射时间、飞行时间变化，确定了最大外热流和无任何热流两个极端工况。该方法给出的外热流