[发明专利]一种遥感器全寿命周期轨道外热流极端工况精确确定方法

说明书

本发明公开了一种遥感器全寿命周期轨道外热流极端工况精确确定方法，属于空间光学遥感器精密热控技术领域。具体为：1)、选取卫星上对遥感器入光口外热流存在遮挡的部件、遥感器内部与光学镜头存在辐射换热的部件，忽略光学镜头背面辐射、热容和导热系数，建立遥感器有限元热模型；(2)、采用热分析软件，按照预设轨道，计算遥感器有限元热模型所有有限元节点全寿命周期的温度，从中提取出遥感器光学镜头每个有限元节点全寿命周期的温度；(3)、根据遥感器光学镜头全寿命周期的温度，计算遥感器光学镜头每个有限元节点全寿命周期吸收的外热流，选取外热流极值确定遥感器全寿命周期轨道外热流极端工况。该方法计算全面、效率高、精度高。

技术领域

本发明涉及一种遥感器全寿命周期轨道外热流极端工况精确确定方法，适用于大口径光学遥感器、低温光学遥感器等对外热流波动十分敏感的空间光学相机，属于空间光学遥感器精密热控技术领域。

背景技术

随着对航天光学遥感器分辨率和成像质量要求的不断提高，遥感器有逐渐向长焦距、大口径发展的趋势。然而长焦距、大口径的光学系统成像质量对外热流变化更加敏感，需要热控设计提供准确的在轨外热流分析。外热流分析中，一般根据卫星轨道、姿态等参数进行外热流分析，并确定遥感器外热流最大的极端高温工况，与外热流最小的极端低温工况，作为热控设计的依据。

以往外热流极端工况的确定，往往是通过分析卫星各外表面入射的外热流大小近似作为遥感器入光口或散热面的极端高、低温工况。但对于光学遥感相机来说，入光口平面外热流极大极小不一定能代表内部光学镜头极端高温、低温。特别是对于高轨红外光学相机，光学镜头温度除了受外热流直接影响外，还受遮光罩等部件的红外热影响。而高轨遮光罩(外表面一般喷涂白漆以降低温度)温度不仅受入光口平面外热流影响，还受周围各方向的外热流影响。因此，简单的以入光口平面外热流极大极小作为遥感相机的极端高低温工况存在设计偏差。

另外，以往外热流极端工况一般简单认为发生在β角(阳光与轨道面之间的夹角)最大最小，太阳常数最大最小等特殊时刻。该方法对于在轨姿态调整简单、散热面单一的遥感器是有效的。但对于姿态调整复杂或者散热面与其它结构之间存在遮挡的卫星，极端外热流的大小以及发生时刻往往与上述方式计算存在一定偏差。

再者，对于大口径光学遥感器或低温光学遥感相机，往往需要考虑一段时间内(几个月或者几年内)外热流变化趋势对相机成像质量的影响规律，以此作为自适应光学或调焦设计的依据。因此，开展全寿命周期外热流极端工况筛选是十分必要的，但目前公开文献鲜有该方面研究。

发明内容

本发明的技术解决问题是：针对目前遥感相机轨道极端外热流分析的不足，提出了一种遥感器全寿命周期轨道外热流极端工况精确确定方法，将遥感器光学镜头极端外热流确定转换为其极端温度的确定，得到遥感器精确的极端外热流工况。

本发明的技术方案是：一种遥感器全寿命周期轨道外热流极端工况精确确定方法，该方法包括如下步骤：

(1)、选取卫星上对遥感器入光口外热流存在遮挡的部件、遥感器内部与光学镜头存在辐射换热的部件，根据所选部件之间的几何位置关系、接触关系，各部件的材料属性、表面辐射属性，忽略光学镜头背面辐射、热容和导热系数，建立包含光学镜头的遥感器有限元热模型；

(2)、根据卫星全寿命周期内的轨道变化，设置卫星全生命周期的轨道参数，根据外部输入设置卫星全生命周期的姿态变化，采用热分析软件，计算按照预设的轨道运行情况下，遥感器有限元热模型所有有限元节点全寿命周期的温度，从中提取出遥感器光学镜头每个有限元节点全寿命周期的温度；

(3)、根据遥感器光学镜头全寿命周期的温度，计算遥感器光学镜头每个有限元节点全寿命周期吸收的外热流，选取外热流极值确定遥感器全寿命周期轨道外热流极端工况。

所述步骤(3)根据遥感器光学镜头温度，计算遥感器光学镜头的吸收的外热流的计算公式为：