应用计算几何的月面太阳辐照度仿真模型

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1、第23卷第4期航天器工程V01．23No．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

2、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—8748．2014．04．004LunarSurfaceSolarlrradianceSimulationModelBasedonComputationalGeometryLIUShuhao(BeijingInstituteofSpacecraftSystemEngineering，Beijing100

3、094，China)Abstract：Thestudyofsolarirradianceonlunarsurfaceisveryimportanttolunarsurfaceenvi—ronmentanalysisand1unarroverdesign．Asolarirradiancemodelforlunarsurface’Sarbitrarypositionbasedoncomputationalgeometryisproposed．Firstly，thepositionsofthesunandthemoonrelativetoalunarsurfacepointareco

4、mputed．Secondly，thecelestialbodies，includingthesun，theearthandthemoon，areprojectedinthecelestialspherecenteredatthelunarsurfacepoint．Theshapeofthesunthatisn’toccludedbytheothercelestialbodiesisconstructedwithdippingandplanarBooleanoperations．Finally，thetheoreticalsolarirradiancemodelismodifi

5、edbythenon—occludedshapeareaofthesuntogetageneralmodel．Toillustrateefficiencyandcor—rectnessofthemodel，thesimulationresultsarecomparedwiththeSTK’S．Thecomparisonindi—catesthatthemodelofthispaperconsiderscouplingeffectoftheearthandlunarsurface，andisclosertorealsunlightconditionthanSTKwhenthesu

6、nisshadedbyseveralobstaclessimultane—ously．Keywords：lunarsurfacesolarirradianee；computationalgeometry；lunarhorizontalsurface；clippingoperation；Booleanoperation；areacomputation收稿日期：2013—10—12；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。Ernail：33151420@163．corn。20航天器工程23卷1引言月面太

7、阳辐照度是影响月面环境的关键因素，是月面巡视器设计的重要输入条件。特别是当巡视器处于月夜与月昼转换及月食期间，太阳辐照变化剧烈，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[1]。因此，准确模拟月面太阳辐照度变化，对巡视器总体设计与仿真验证具有重要意义。目前，国内在太阳辐照度方面已开展了相关研究，主要以分析月面及月壤温度分布为目标。文献[2—4]分析了辐射对月面环境的影响，外部辐射包括太阳辐射、地球辐射与地球反射等，其中后两项与第一项相比，基本可忽略