CN110793998B - 一种航天器星表材料特性衰减的在轨修正方法 - Google Patents
一种航天器星表材料特性衰减的在轨修正方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110793998B CN110793998B CN201910722663.7A CN201910722663A CN110793998B CN 110793998 B CN110793998 B CN 110793998B CN 201910722663 A CN201910722663 A CN 201910722663A CN 110793998 B CN110793998 B CN 110793998B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- temperature
- surface material
- absorption coefficient
- orbit
- star
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000012937 correction Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 30
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 22
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 5
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 8
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 12
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
- G01N25/20—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
- G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
- G01S19/03—Cooperating elements; Interaction or communication between different cooperating elements or between cooperating elements and receivers
- G01S19/08—Cooperating elements; Interaction or communication between different cooperating elements or between cooperating elements and receivers providing integrity information, e.g. health of satellites or quality of ephemeris data
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Computer Security & Cryptography (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
Abstract
本发明提供一种航天器星表材料衰减特性的在轨修正方法，具体过程为：针对多类卫星各星表面部件温度参数，以春分、夏至、秋分、冬至为分析特征点，提取分析特征点前后一段时间的温度参数，形成每颗星被分析部件温度变化序列；以星表面部件为单元，获取其对应的温度与表面部件材料系数之间的关系；根据所述关系及温度变化序列，计算表面部件的吸收系数随在轨时间的变化序列；根据所述变化序列，计算每一部件修正后的表面材料吸收系数；利用所述修正后的吸收系数，实现航天器星表材料特性衰减的在轨修正。本发明利用修正后的表面材料吸收系数能够准确预估星表面的光学衰减特性。
Description
技术领域
本发明属于飞行器设计技术领域，具体涉及一种航天器星表材料衰减特性的在轨修正方法。
背景技术
随着航天器在轨服役时间积累，星表材料的光学特性也会随之退化。通常情况下，卫星制造商能提供入轨之初的表面材料光学特性参数和随时间累积衰减仿真结果，对于在轨服务一定时间后星表材料的光学特性，乃至与此相关的卫星所受的光压摄动影响等，目前都是在没有经过验证的仿真结果支持下获得的理论值。
与此对应的，大量长期在轨遥测参数的积累，特别是温度参数变化为分析星表部件光学参数退化特性提供了可信的基础数据。此外，北斗卫星定轨精度内外符合精度均达到了厘米级水平，为利用事后精密星历进行卫星光学特性参数在轨标定结果的验证提供支持。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服地面无法提供真实等效试验数据的不足，提供一种航天器星表材料衰减特性的在轨修正方法。
本发明的技术解决方案是：
一种航天器星表材料衰减特性的在轨修正方法，具体过程为：
针对多类卫星各星表面部件温度参数，以春分、夏至、秋分、冬至为分析特征点，提取分析特征点前后一段时间的温度参数，形成每颗星被分析部件温度变化序列；
以星表面部件为单元，获取其对应的温度与表面部件材料系数之间的关系；
根据所述关系及温度变化序列，计算表面部件的吸收系数随在轨时间的变化序列；
根据所述变化序列，计算每一部件修正后的表面材料吸收系数；
利用所述修正后的吸收系数，实现航天器星表材料特性衰减的在轨修正。
进一步地，本发明所述获取其对应的温度与表面部件材料系数之间的关系为：
记表面向阳面吸收的热流为Q1：
Q1＝αs·A·S·cosβ (2)
式中，αs为被照射部件表面材料吸收系数，A为部件表面积，S为太阳辐射常数，β为太阳光线与表面部件外法线的夹角；
记向阳面辐射的热流为Q2：
Q2＝εH1·A·δ·T4 (3)
式中，εH1为向阳面发射率、δ为斯特藩-玻尔兹曼常数、T为表面温度；
对非接触类的背阳面能源辐射部件，记背阳面辐射的热流为Q3：
Q3＝εH2·A·δ·T4 (4-1)
式中，εH2为背阳面发射率；
对接触类背阳面能源传递部件，记背阳面传递的热流为：
Q3＝Hs·A·(T-To) (4-2)
式中，Hs为接触换热系数，To为所接触部件的温度；
记太阳帆板与卫星间的交换等效电功率为Q4，其他表面部件Q4＝0；
根据能量守恒定律：
Q1＝Q2+Q3+Q4 (5)。
进一步地，本发明所述提取分析特别点前后一段时间的温度参数后，对温度参数进行野值剔除。
进一步地，本发明所述提取分析特征点前后一段时间的温度参数为提取分析特征点前后一天共3天的温度参数。
有益效果
本方法基于不同卫星长期积累的实际在轨温度遥测参数变化，修正表面材料的光学衰减特性曲线，给出真实在轨环境积累下的光学特性参数，对于研究星表材料特性与空间辐照效应、与星表材料特性密切相关的光压摄动影响提供数据支持。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
本发明提供一种航天器星表材料衰减特性的在轨修正方法，具体过程为：
针对多类卫星各星表面部件温度参数，以春分、夏至、秋分、冬至为分析特征点，提取分析特征点前后一段时间的温度参数，形成每颗星被分析部件温度变化序列；以星表面部件为单元，获取其对应的温度与表面部件材料系数之间的关系；根据所述关系及温度变化序列，计算表面部件的吸收系数随在轨时间的变化序列；根据所述变化序列，计算每一部件修正后的表面材料吸收系数。利用所述修正后的吸收系数，实现航天器星表材料特性衰减的在轨修正。
本方法基于不同卫星长期积累的实际在轨温度遥测参数变化，修正表面材料的光学衰减特性曲线，给出真实在轨环境积累下的光学特性参数，对于研究星表材料特性与空间辐照效应、与星表材料特性密切相关的光压摄动影响提供数据支持，使得利用修正后的表面材料吸收系数能够准确预估星表面的光学衰减特性。
实例：
本发明实施例一种航天器星表材料衰减特性的在轨修正方法，具体过程为：
1)选取北斗二号GEO、IGSO和MEO三类卫星作为研究样本，整理各星表面部件温度参数，形成针对每颗星的温度参数数据库；通过卫星太阳翼温度十年变化趋势，可判断随着材料反射特性退化即吸收系数增大，部件温度呈缓慢上升趋势。
2)以春分、夏至、秋分、冬至为分析特征点，针对上述四时节各取前后一天组成3天弧段，作为每个时节的分析弧段；
过滤每个分析弧段中远高于或低于平均趋势的野值，该分析弧段的温度均值，记为
，其中i为1～n表示卫星入轨年限；k为1～4，分别代表春分、夏至、秋分、东至；j＝1～7为GEO-1～GEO-7卫星，8～14为IGSO-1～IGSO-7卫星；15～17为MEO-1～MEO-3卫星。
3)形成每颗星某特定被分析部件温度变化参数序列：
其中，
表示第j颗卫星在入轨的第i年春分季节部件实际在轨温度。
4)分析温度与表面部件材料吸收系数之间关系。
记表面向阳面吸收的热流为Q1：
Q1＝αs·A·S·cosβ (2)
式中，αs为被照射部件表面材料吸收系数，A为部件表面积，S为太阳辐射常数，β为太阳光线与表面部件外法线的夹角。其中，太阳辐射常数根据所处时季节引起的日地因子不同，分别取春分1.008、夏至0.9673、秋分0.992、东至1.0327。
记向阳面辐射的热流为Q2：
Q2＝εH1·A·δ·T4 (3)
式中，εH1为向阳面发射率、δ为斯特藩-玻尔兹曼常数、T为表面温度。
针对于背阳面的情况，分析待研究部件背阳面是否与其他部件接触，分为非接触类的背阳面能源辐射部件和接触类背阳面能源传递部件。
对非接触类的背阳面能源辐射部件，记背阳面辐射的热流为Q3：
Q3＝εH2·A·δ·T4 (4-1)
式中，εH2为背阳面发射率。
接触类背阳面能源传递部件，记背阳面传递的热流为：
Q3＝Hs·A·(T-To) (4-2)
式中，Hs为接触换热系数，To为所接触部件的温度。
记太阳帆板与卫星间的交换等效电功率为Q4，其他表面部件Q4＝0。
根据能量守恒定律：
Q1＝Q2+Q3+Q4 (5)
由于表面部件辐射率随、接触换热系数时间累积基本是恒不变的，可由公式(5)推算吸收系数。
5)根据第3)温度均值变化序列和第4)步表面部件吸收系数与温度的关系，可求解所分析表面部件的吸收系数随在轨时间的变化序列，记为：
式中，
表示卫星j的待分析表面部件在入轨第i年春分时的吸收系数。
6)计算多星在轨数据修正后的表面材料吸收系数。
按照在轨运行时间顺序，对不同卫星相同表面部件随在轨时间的吸收系数求均值，例如对于入轨6年秋分时修正后的吸收系数为：
由此得到随入轨时间累积，吸收系数的变化序列
7)利用修正后的吸收系数，实现航天器星表材料特性衰减的在轨修正。
对本发明实施例进行在轨修正结果的验证：
表面反射系数v与吸收系数αs关系为：
v＝1-αs (8)
根据修正后的吸收系数，修正后的表面反射系数为：
分别基于地面提供的反射系数和在轨标定后反射系数，计算不同卫星太阳光压摄动力的序列，记为理论值序列(10)和修正理论值序列(11)(相比于太阳帆板，其他星表部件占比很小，理论值按照地面提供参数计算)：
其中，
表示第j颗卫星，在入轨的第i年春分季节，光压摄动力值。
计算实际在轨光压摄动力。基于现有精密定轨软件工具和在轨事后精密星历，其他摄动力模型取经验完善模型，估算所有卫星在与上述理论值对应时刻的光压摄动力最佳估值。从卫星入轨后，针对每个季节，计算系列特征点的光压摄动力估值
形成光压摄动最佳估值序列，记为：
分别比较光压摄动力理论值、修正理论值、以及最佳估值，因为由精密星历获得的最佳估值还包含了其他空间随见因素的影响，因此，修正理论值和最佳估值相对理论值的偏差趋势相同，即可判定在轨修正结果有效可信。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种航天器星表材料衰减特性的在轨修正方法，其特征在于，具体过程为：
针对多类卫星各星表面部件温度参数，以春分、夏至、秋分、冬至为分析特征点，提取分析特征点前后一段时间的温度参数，形成每颗星被分析部件温度变化序列；
以星表面部件为单元，获取其对应的温度与表面部件材料系数之间的关系，具体为：
记表面向阳面吸收的热流为Q1：
Q1＝αs·A·S·cosβ (2)
式中，αs为被照射部件表面材料吸收系数，A为部件表面积，S为太阳辐射常数，β为太阳光线与表面部件外法线的夹角；
记向阳面辐射的热流为Q2：
Q2＝εH1·A·δ·T4 (3)
式中，εH1为向阳面发射率、δ为斯特藩-玻尔兹曼常数、T为表面温度；
对非接触类的背阳面能源辐射部件，记背阳面辐射的热流为Q3：
Q3＝εH2·A·δ·T4 (4-1)
式中，εH2为背阳面发射率；
对接触类背阳面能源传递部件，记背阳面传递的热流为：
Q3＝Hs·A·(T-To) (4-2)
式中，Hs为接触换热系数，To为所接触部件的温度；
记太阳帆板与卫星间的交换等效电功率为Q4，其他表面部件Q4＝0；
根据能量守恒定律：
Q1＝Q2+Q3+Q4 (5)；
根据所述关系及温度变化序列，计算表面部件的吸收系数随在轨时间的变化序列；
根据所述变化序列，计算每一部件修正后的表面材料吸收系数；
利用所述修正后的吸收系数，实现航天器星表材料特性衰减的在轨修正。
2.根据权利要求1所述一种航天器星表材料衰减特性的在轨修正方法，其特征在于，所述提取分析特征点前后一段时间的温度参数后，对温度参数进行野值剔除。
3.根据权利要求1所述一种航天器星表材料衰减特性的在轨修正方法，其特征在于，所述提取分析特征点前后一段时间的温度参数为提取分析特征点前后一天共3天的温度参数。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910722663.7A CN110793998B (zh) | 2019-08-06 | 2019-08-06 | 一种航天器星表材料特性衰减的在轨修正方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910722663.7A CN110793998B (zh) | 2019-08-06 | 2019-08-06 | 一种航天器星表材料特性衰减的在轨修正方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110793998A CN110793998A (zh) | 2020-02-14 |
| CN110793998B true CN110793998B (zh) | 2022-03-04 |
Family
ID=69427429
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910722663.7A Active CN110793998B (zh) | 2019-08-06 | 2019-08-06 | 一种航天器星表材料特性衰减的在轨修正方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110793998B (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101788511A (zh) * | 2010-02-05 | 2010-07-28 | 北京航空航天大学 | 一种热控涂层太阳吸收率的测量方法 |
| CN102589725A (zh) * | 2012-02-09 | 2012-07-18 | 北京空间飞行器总体设计部 | 一种基于在轨遥测数据的卫星温度获取方法 |
| CN104071360A (zh) * | 2014-06-12 | 2014-10-01 | 上海微小卫星工程中心 | 一种基于辐射耦合传热等效模拟的瞬态热平衡试验方法及系统 |
| CN105005657A (zh) * | 2015-07-13 | 2015-10-28 | 上海卫星工程研究所 | 一种预测卫星热控涂层在轨性能退化的方法 |
| CN105159348A (zh) * | 2015-07-28 | 2015-12-16 | 上海卫星工程研究所 | 自适应热控技术系统级热性能表征方法 |
| CN109977576A (zh) * | 2019-04-03 | 2019-07-05 | 北京理工大学 | 一种基于代理模型的卫星星座系统多学科设计优化方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7159824B2 (en) * | 2003-09-04 | 2007-01-09 | Analex Corporation | Device and method for on-orbit calibration verification of an infrared sensor |
-
2019
- 2019-08-06 CN CN201910722663.7A patent/CN110793998B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101788511A (zh) * | 2010-02-05 | 2010-07-28 | 北京航空航天大学 | 一种热控涂层太阳吸收率的测量方法 |
| CN102589725A (zh) * | 2012-02-09 | 2012-07-18 | 北京空间飞行器总体设计部 | 一种基于在轨遥测数据的卫星温度获取方法 |
| CN104071360A (zh) * | 2014-06-12 | 2014-10-01 | 上海微小卫星工程中心 | 一种基于辐射耦合传热等效模拟的瞬态热平衡试验方法及系统 |
| CN105005657A (zh) * | 2015-07-13 | 2015-10-28 | 上海卫星工程研究所 | 一种预测卫星热控涂层在轨性能退化的方法 |
| CN105159348A (zh) * | 2015-07-28 | 2015-12-16 | 上海卫星工程研究所 | 自适应热控技术系统级热性能表征方法 |
| CN109977576A (zh) * | 2019-04-03 | 2019-07-05 | 北京理工大学 | 一种基于代理模型的卫星星座系统多学科设计优化方法 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| 一种热网络方程计算方法的改进;李祥立 等;《大连理工大学学报》;20120331;第52卷(第2期);239-245 * |
| 倾斜轨道星敏感器热控设计及在轨分析;杨昌鹏 等;《航天器工程》;20131231;第22卷(第6期);59-64 * |
| 整星稳态温度的热网络分析方法;潘增富;《中国空间科学技术》;19871231(第6期);37-44 * |
| 资源二号卫星热模型修正;刘伟 等;《航天器工程》;20031231;第12卷(第4期);引言，第2节，表1 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110793998A (zh) | 2020-02-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6704607B2 (en) | Method and apparatus for controllably positioning a solar concentrator | |
| Mora Segado et al. | Models to predict the operating temperature of different photovoltaic modules in outdoor conditions | |
| Gaul et al. | Incidence-angle modifier and average optical efficiency of parabolic trough collectors | |
| Virtuani et al. | Seasonal power fluctuations of amorphous silicon thin‐film solar modules: distinguishing between different contributions | |
| King et al. | Procedure to determine coefficients for the Sandia Array Performance Model (SAPM) | |
| El Mghouchi et al. | On the prediction of the daily global solar radiation intensity on south-facing plane surfaces inclined at varying angles | |
| Melo et al. | Development of a closed and open loop solar tracker technology | |
| Marion | A model for deriving the direct normal and diffuse horizontal irradiance from the global tilted irradiance | |
| Mathioulakis et al. | Optical performance and instantaneous efficiency calculation of linear F resnel solar collectors | |
| Koussa et al. | Sun tracker systems effects on flat plate photovoltaic PV systems performance for different sky states: A case of an arid and hot climate | |
| CN108763649B (zh) | 一种优化评估光伏组件电池片所接受辐照量的方法 | |
| Kempe | Evaluation of the uncertainty in accelerated stress testing | |
| CN107844631A (zh) | 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 | |
| Gorjian et al. | Estimation of mean monthly and hourly global solar radiation on surfaces tracking the sun: Case study: Tehran | |
| CN110793998B (zh) | 一种航天器星表材料特性衰减的在轨修正方法 | |
| Keogh et al. | Accurate measurement, using natural sunlight, of silicon solar cells | |
| Kroposki et al. | Comparison of module performance characterization methods | |
| Andraka | Cost/performance tradeoffs for reflectors used in solar concentrating dish systems | |
| Jaus et al. | Thermal management in a passively cooled concentrator photovoltaic module | |
| Yettou et al. | Determination of adjustment tracking time in two types of solar cookers by ray-tracing method | |
| Klise et al. | Dependence on geographic location of air mass modifiers for photovoltaic module performance models | |
| Al-Khazzar et al. | A comparative study of the available measured global solar radiation in Iraq | |
| Hart et al. | Simulation of thermal aspects of residential photovoltaic systems | |
| Tabet et al. | Thermal performance of flat plate solar collector with reflectors in south Algeria | |
| Sutterlueti et al. | Improved PV Performance modelling by combining the PV_LIB Toolbox with the Loss Factors Model (LFM) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |