CN101275938A - 卫星空间污染效应模拟预估的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种卫星空间污染效应模拟预估的方法，特点是：进行卫星的污染分析，确定整星的污染三要素，即污染源、污染传输路径和污染对象；根据具体的卫星敏感系统结构建立几何计算模型；利用预估软件，输入环境参数、结构尺寸和污染源出气速率等参数模拟计算污染对象的在轨污染量。本发明实现了利用软件预估计算卫星敏感系统的在轨污染量，为卫星敏感系统的在轨污染防护和控制提供了一种有效的方法；该方法所得的计算结果可为敏感系统的防污染设计提供直接的参考数据；在卫星设计之初考虑污染的控制和防护问题，大大节约了防护和控制成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种计算在空间环境条件下沾染到表面的污染物量预估方法，特别是采用空间分子输运理论和蒙特卡罗方法的卫星空间污染效应模拟预估的方法。
背景技术
因为星用材料的空间出气行为造成卫星光学系统、热控涂层、热辐射材料和太阳帆板等重要的系统受到污染后，将会产生光学系统性能下降，热控涂层太阳吸收率增加而使卫星过热，热辐射材料易受高速冲击污染物的影响而造成在轨承受条件的降低，太阳帆板供能不足等污染效应，这些都可以导致卫星使用功能的降低甚至失效的情况发生。国外两大航天组织NASA、ESA先后建立了直接模拟蒙特卡罗法(DSMC)、分子传输动力学模型(MTK)、分子流模型(MOLFLUX)来预估计算卫星的污染量：MTK模型是以空间真空环境下的热辐射屏蔽理论为基础，考虑周围多个出气成份相同的出气表面对敏感表面造成的污染传输沉积过程。对于MTK多源模型来说，其物理思想是在空间轨道分子流状态下，每一个出气表面除自身的出气外，还包括周围出气源对该表面影响后的再出气对敏感表面污染沉积量的贡献。根据源与敏感表面不同的几何因素关系，利用计算机编程计算具体卫星敏感系统部器件的污染量与污染分布；MOLFLUX模型是以射线跟踪概念为基础建立的空间分子污染输运模型。跟踪多出气表面逸出的分子在空间的输运过程，统计计算这些分子分别经过与其它出气表面多次碰撞后再入射到敏感表面后的沉积量。这些模型为卫星污染防护和控制提供可靠的数据支持，经过十几年的发展，技术相对成熟。NASA和ESA由于涉及技术保密原因，造成我国在此方面研究的空白，我国急需开展卫星污染模拟预估技术的研究来填补这一空白。
发明内容
本发明的目的是：填补国内在此方面的技术空白，提供一种卫星空间污染效应模拟预估的方法，该方法可实现多污染源存在时，复杂结构中敏感表面污染物沉积量的预估计算，所得的结果可为卫星防污染设计和控制提供参考依据。
本发明的目的是这样实现的：
一种卫星空间污染效应模拟预估的方法，包括下列步骤：
(1)确定卫星的污染三要素，即污染源、污染传输路径及污染对象；
(2)简化具体的卫星敏感系统结构，建立坐标系，确定污染源、污染传输路径和污染对象的位置参数坐标；
(3)获得污染源的平均出气速率，结合理论方法研究复杂结构中的分子传输和多污染源相互影响问题，建立理论模型，并利用VB语言编制预估计算软件；
(4)利用预估计算软件，输入卫星环境参数、卫星敏感系统结构尺寸、位置参数和污染源平均出气速率，根据不同的污染对象和参数，分别进行在轨污染量的预估计算。
所述污染源为卫星敏感系统周围使用的易发生出气的非金属材料；污染传输路径为出气分子在空间的传输路径；污染对象为卫星易受污染的敏感表面，即光学表面、热控表面和太阳电池阵。
所述获得污染源的平均出气速率是采用污染低温凝结效应设备测试获得。
所述理论方法研究是采用分子流理论和蒙特卡洛算法，利用复杂结构中多个污染源的增强出气效应理论解决其相互影响的研究。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)卫星空间污染效应模拟预估方法的建立填补了我国在此领域的技术空白。
(2)该方法的建立理论上解决了多个污染源存在时分子在空间的出气、传输方式，以及凝结机理的问题，编制的软件可针对卫星敏感系统的不同结构进行多污染源的复合模拟计算，所得的结果可为敏感系统的防污设计和材料选择提供依据。
(3)该方法适用于各种卫星的防污染设计。
附图说明
图1是本发明的模型示意图
图2为本发明实施例内部结构图
具体实施方式
参阅图1，它是以污染源表面1、敏感表面2、出气分子3、二次表面4、空间环境5构成的本发明模型示意图。
实施例
参阅图2，相机系统的污染预估
(1)确定相机系统周围使用的星用非金属材料污染源；确定出气分子在相机镜筒内的传输路径；确定易受污染的表面为相机镜筒内的三组光学镜头；
(2)简化相机系统的内部结构，相机镜筒主要由内部腔壁和三组镜头组成。根据图示建立坐标系，确定相机系统的污染源污染对象的位置参数坐标；由出气分子在相机内部可能的运行轨迹，确定污染传输路径。
(3)利用污染低温凝结效应设备测试获得相机污染源的平均出气速率；利用分子传输理论和蒙特卡罗方法计算镜头1、2、3使用的胶粘剂污染源与其它表面的视角因子；建立镜头1、2、3在轨运行期间的分子污染沉积量理论算法；并利用VB语言编制预估计算软件。
(4)输入相机的空间环境参数、结构尺寸、位置参数和污染源平均出气速率等参数，计算各个镜头的在轨污染量。
Claims (4)
1. 一种卫星空间污染效应模拟预估的方法，其特征在于包括下列步骤：
(1)确定卫星的污染三要素，即污染源、污染传输路径及污染对象；
(2)简化具体的卫星敏感系统结构，建立坐标系，确定污染源、污染传输路径和污染对象的位置参数坐标；
(3)获得污染源的平均出气速率，结合理论方法研究复杂结构中的分子传输和多污染源相互影响问题，建立理论模型，并利用VB语言编制预估计算软件；
(4)利用预估计算软件，输入卫星环境参数、卫星敏感系统结构尺寸、位置参数和污染源平均出气速率，根据不同的污染对象和参数，分别进行在轨污染量的预估计算。
2. 根据权利要求1所述的卫星空间污染效应模拟预估的方法，其特征在于：所述污染源为卫星敏感系统周围使用的易发生出气的非金属材料；污染传输路径为出气分子在空间的传输路径；污染对象为卫星易受污染的敏感表面，即光学表面、热控表面和太阳电池阵。
3. 根据权利要求1所述的卫星空间污染效应模拟预估的方法，其特征在于：所述获得污染源的平均出气速率是采用污染低温凝结效应设备测试获得的。
4. 根据权利要求1所述的卫星空间污染效应模拟预估的方法，其特征在于：所述理论方法研究是采用分子流理论和蒙特卡洛算法，利用复杂结构中多个污染源的增强出气效应理论解决其相互影响的研究。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN112147109A (zh) * | 2020-09-04 | 2020-12-29 | 兰州空间技术物理研究所 | 一种非均匀非金属材料出气污染薄膜光学性能的计算方法 |
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2007
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| CN112147109B (zh) * | 2020-09-04 | 2023-09-05 | 兰州空间技术物理研究所 | 一种非均匀非金属材料出气污染薄膜光学性能的计算方法 |
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