CN113184224B - 卫星温控方法、系统和卫星 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例提供一种卫星温控方法、系统和卫星，涉及卫星温控技术领域。该卫星温控方法包括：获取目标设备的温度，目标设备设置在卫星的设备安装面上，设备安装面为太阳帆板的相邻面；若目标设备的温度低于第一预设阈值，执行以下至少一项操作：调整卫星姿态至太阳帆板和设备安装面与太阳相对，以使太阳光线照射在太阳帆板和设备安装面上；调整卫星姿态至设备安装面与地球相对，以使地热辐射在设备安装面上。通过太阳光线照射或者地热辐射对目标设备进行加热升温，采用被动加热方式取代电加热等主动加热方式，减少了占用空间，使得卫星体积可以相对较小，且能够节约资源。

Description

卫星温控方法、系统和卫星
技术领域
本申请涉及卫星温控技术领域，具体而言，涉及一种卫星温控方法、系统和卫星。
背景技术
热控分系统是卫星的重要分系统，其主要通过主动或被动手段确保卫星所有设备保持在所需的工作温度范围以内。
对于小卫星而言，当小卫星上搭载了短时间工作的大热耗设备时，在工作状态下，为保证其温度保持在允许的温度范围，必须加快散热，即通过热管、发射率较高的涂层等方式使热量快速散出。在非工作状态下，由于上述被动散热措施的状态仍然不变，会使设备自然状态下温度降到允许范围之下，因此非工作状态下必须使用电加热器等主动加热方式使其温度提高到允许范围内，导致资源浪费和卫星体积增加。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种卫星温控方法、系统和卫星，以减少卫星体积和资源浪费。
第一方面，本申请实施例提供了一种卫星温控方法，包括：获取目标设备的温度，所述目标设备设置在卫星的设备安装面上，所述设备安装面为太阳帆板的相邻面；若所述目标设备的温度低于第一预设阈值，执行以下至少一项操作：调整卫星姿态至所述太阳帆板和所述设备安装面与太阳相对，以使太阳光线照射在所述太阳帆板和所述设备安装面上；调整卫星姿态至所述设备安装面与地球相对，以使地热辐射在所述设备安装面上。
在上述实现方式中，在目标设备的温度较低时，通过调整卫星姿态使得设备安装面与太阳和/或地球相对，通过太阳光线照射或者地热辐射对目标设备进行加热升温，采用被动加热方式取代电加热等主动加热方式，减少了占用空间，使得卫星体积可以相对较小，且能够节约资源。
在一些实施例中，所述调整卫星姿态至所述太阳帆板和所述设备安装面与太阳相对，包括：转动卫星至所述太阳帆板和所述设备安装面与太阳相对，且转动过程中保持所述太阳帆板与太阳光线的夹角、所述设备安装面与太阳光线的夹角之和为90度。
在上述实现方式中，能够使太阳光线同时照射且仅照射在太阳帆板和设备安装面上，提高光照利用率，避免光照资源的浪费。
在一些实施例中，所述转动卫星至所述太阳帆板和所述设备安装面与太阳相对，包括：转动卫星至所述设备安装面与太阳光线的夹角为10-30°。
在上述实现方式中，通过该角度限定，能够对设备安装面接收到的光照强度进行控制，既能满足设备安装面上目标设备的加热需求，且对卫星整体性能的影响较小。
在一些实施例中，所述转动卫星至所述太阳帆板和所述设备安装面与太阳相对，包括：获取所述目标设备的温度与所述第一预设阈值的差值；根据所述目标设备的温度与所述第一预设阈值的差值，确定所述设备安装面与太阳光线的目标夹角；转动卫星至所述设备安装面与太阳光线的夹角为所述目标夹角。
在上述实现方式中，通过获取目标设备与第一预设阈值的差值，通过差值确定目标夹角，能够使设备安装面接受的光照强度与目标设备的温度相适应，使得目标设备总能保持在预设温度范围内。
在一些实施例中，所述调整卫星姿态至所述设备安装面与地球相对，包括：以所述太阳帆板的法线为旋转轴，转动卫星至所述设备安装面与地球相对。
在上述实现方式中，通过以太阳帆板的法线为旋转轴转动卫星，能够在保证太阳帆板接受的光照强度不变的情况下，使得目标设备能够接收到地热辐射进行加热。
在一些实施例中，所述转动卫星至所述设备安装面与地球相对，包括：转动卫星至所述设备安装面与地球过卫星的法线之间夹角为60-90度。
在上述实现方式中，设备安装面可以正对地球，或者与地球的法线之间有一定的夹角，该角度限定使得设备安装面可以接受到地热辐射。
在一些实施例中，所述方法还包括：所述获取目标设备的温度之后，所述方法还包括：若所述目标设备的温度高于第二预设阈值，调整卫星姿态至所述太阳帆板正对太阳，以使太阳光线完全照射在所述太阳帆板上；或者，调整卫星姿态以减小所述设备安装面与太阳光线的夹角，所述第二预设阈值大于或等于第一预设阈值。
在上述实现方式中，通过太阳光照对目标设备进行加热时，若目标设备的温度过高，可以减小设备安装面与太阳光线的夹角，降低光照强度。或者恢复卫星正常工作态使太阳光线完全照射在太阳帆板上，目标设备不再接收太阳光照。如此设置，能够在温度较高时有效降低太阳光对目标设备的热辐射。
在一些实施例中，所述获取目标设备的温度之后，所述方法还包括：若所述目标设备的温度高于第二预设阈值，调整卫星姿态至所述设备安装面背离地球；或者，调整卫星姿态以减小地球穿过卫星的法线与所述设备安装面之间的夹角，所述第二预设阈值大于或等于所述第一预设阈值。
在上述实现方式中，通过地热辐射对目标设备进行加热时，若目标设备的温度过高，可以减小设备安装面与地球的夹角，降低地热辐射强度。或者使设备安装面背离地球，不再接收地热辐射。如此设置，能够在温度较高时有效降低地球对目标设备的地热辐射。
第二方面，本申请实施例提供了一种卫星温控系统，包括：获取模块，被配置为获取目标设备的温度，所述目标设备设置在卫星的设备安装面上，所述设备安装面为太阳帆板的相邻面；执行模块，被配置为若所述目标设备的温度低于第一预设阈值，执行以下至少一项操作：调整卫星姿态至所述太阳帆板和所述设备安装面与太阳相对，以使太阳光线照射在所述太阳帆板和所述设备安装面上；调整卫星姿态至所述设备安装面与地球相对，以使地热辐射在所述设备安装面上。
第三方面，本申请实施例提供了一种卫星，包括如上任一项所述的卫星温控系统。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，之下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请一实施例提供的卫星温控方法的流程图；
图2为本申请一实施例提供的卫星温控系统的结构示意图；
图3为本申请一实施例提供的卫星的立体结构示意图；
图4为本申请一实施例提供的阳光直射太阳帆板时卫星的侧视图；
图5为本申请一实施例提供的阳光照射太阳帆板和设备安装面时卫星的侧视图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
第一方面，本申请实施例提供了一种卫星温控方法，如附图1所示，该方法包括：
S101，获取目标设备的温度，目标设备设置在卫星的设备安装面上，设备安装面为太阳帆板的相邻面。
其中，卫星帆板一般设置在卫星的一个面上并向两侧伸长。上述设备安装面可以为与太阳帆板相邻且不被太阳帆板遮蔽的面。以附图3所示的坐标系为基准，太阳帆板位于Y轴负方向指向的XZ平面内且太阳帆板沿X轴方向延伸。此时，设备安装面可以为Z轴正方向或负方向指向的XY平面。
S102，若目标设备的温度低于第一预设阈值，执行以下至少一项操作：
调整卫星姿态至太阳帆板和设备安装面与太阳相对，以使太阳光线照射在太阳帆板和设备安装面上；
调整卫星姿态至设备安装面与地球相对，以使地热辐射在设备安装面上。
该方法中，目标设备设置在卫星上与太阳帆板相邻的设备安装面上。卫星一般状态下，太阳帆板正对太阳，设备安装面平行于太阳光线，不吸收光线。当目标设备的温度低于第一预设阈值时，调整卫星姿态使太阳帆板斜对太阳，太阳光线能够同时照射在太阳帆板和设备安装面上，通过阳光照射对目标设备进行加热。和/或，还可以在保持太阳帆板正对太阳的基础上，调整卫星姿态至设备安装面与地球相对，通过地热辐射对目标设备加热。
可见，本实施例提供的卫星温控方法，在目标设备的温度较低时，通过调整卫星姿态使得设备安装面与太阳和/或地球相对，通过太阳光辐射或者地热辐射对目标设备进行加热升温，采用被动加热方式取代电加热等主动加热方式，减少了占用空间，使得卫星体积可以相对较小，且能够节约资源。
在本实施例的一些可选的实现方式中，上述调整卫星姿态至太阳帆板和设备安装面与太阳相对，包括：
转动卫星至太阳帆板和设备安装面与太阳相对，且转动过程中保持太阳帆板与太阳光线的夹角、设备安装面与太阳光线的夹角之和为90度。
如此设置，能够使太阳光线同时照射且仅照射在太阳帆板和设备安装面上，提高光照利用率，避免光照资源的浪费。
以附图3所示的坐标系为基准，设备安装面为XY平面，太阳帆板所在的平面为XZ平面，绕X轴转动卫星，即可在转动过程中保持太阳帆板与太阳光线的夹角、设备安装面与太阳光线的夹角之和为90度。举例来说，以初始位置太阳光线直射(垂直照射)太阳帆板为例，初始位置的示意图可以参见附图4。卫星绕X轴以顺时针方向转动10°，太阳光线与太阳帆板的夹角为80°，与设备安装面的夹角为10°，转动后的示意图可以参见附图5，此时，太阳光线同时照射且仅照射在太阳帆板和设备安装面上。
可选地，上述转动卫星至太阳帆板和设备安装面与太阳相对，包括：转动卫星至设备安装面与太阳光线的夹角为10-30°。
通过该角度限定，能够对设备安装面接收到的光照强度进行控制，既能满足设备安装面上目标设备的加热需求，又对卫星整体性能的影响较小。
在一个具体的示例中，卫星在一般状态下太阳帆板法线严格指向太阳，太阳帆板的长度为1.948m，宽度为0.6m，按照1361W/㎡太阳常数和30％的光-电转换效率，总计可采集能量约为：
1.948m×0.6m×1361W/㎡×30％＝477.22W
此时设备安装面无法被阳光照射。若目标设备的温度偏低则需要上述采集的电能进行加热补偿。通过采用本实施例提供的温控方法，若卫星绕X轴旋转10°，则卫星可采集能量变为：
1.948m×0.6m×1361W/㎡×cos(10°)×30％＝469.97W
转动后卫星太阳帆板可采集能量相比原状态少了约7w。假定设备安装面的吸收率为0.3，则可获得补偿加热功率为：
0.425m×0.45m×1361W/㎡×sin(10°)×0.3＝13.56W
可见，从整体考虑，卫星减少了能源消耗，整体效能得到了提高。
在本实施例的一些可选的实现方式中，上述转动卫星至太阳帆板和设备安装面与太阳相对，包括：获取目标设备的温度与第一预设阈值的差值；根据目标设备的温度与第一预设阈值的差值，确定设备安装面与太阳光线的目标夹角；转动卫星至设备安装面与太阳光线的夹角为目标夹角。
该实现方式中，通过获取目标设备与第一预设阈值的差值，通过差值确定目标夹角，能够使设备安装面接受的光照强度与目标设备的温度相适应，使得目标设备总能保持在预设温度范围内。
其中，目标设备的温度与第一预设阈值的差值越大，则对应的目标角度越大，以使目标设备能够接收到更多光照。目标设备的温度与第一预设阈值的差值越小，则对应的目标角度较小，以使目标设备接收较少的光照。目标设备的温度与第一预设阈值的差值与目标夹角呈正相关关系。对于具体的数量关系，可以由本领域技术人员根据目标设备的材质、吸热效率等进行适应性设置，本实施例中对此不作限定。
在本实施例的一些可选的实现方式中，调整卫星姿态至设备安装面与地球相对，包括：以太阳帆板的法线为旋转轴，转动卫星至设备安装面与地球相对。
如此设置，能够在保证太阳帆板接受的光照强度不变的情况下，使得目标设备能够接收到地热辐射进行加热。
可选地，上述转动卫星至设备安装面与地球相对，包括：转动卫星至设备安装面与地球过卫星的法线之间夹角为60-90度。也即，设备安装面可以正对地球，或者与地球的法线之间有一定的夹角，只要与地球相对能够接受到地热辐射即可。
可选地，目标设备能够同时在太阳光照射和地热辐射下进行加热。以初始位置太阳帆板正对太阳为例，首先绕太阳帆板的法线转动卫星，使得设备安装面能够与地球相对。然后转动卫星至太阳帆板和设备安装面与太阳相对，且转动过程中保持太阳帆板与太阳光线的夹角、设备安装面与太阳光线的夹角之和为90度，此时设备安装面同时与地球和太阳相对，进行双重热补偿。
在本实施例的一些可选的实现方式中，获取目标设备的温度之后，该方法还包括：
若目标设备的温度高于第二预设阈值，调整卫星姿态至太阳帆板正对太阳，以使太阳光线完全照射在太阳帆板上；或者，调整卫星姿态以减小设备安装面与太阳光线的夹角，第二预设阈值大于或等于第一预设阈值。
通过太阳光照对目标设备进行加热时，若目标设备的温度过高，可以减小设备安装面与太阳光线的夹角，降低光照强度。或者恢复卫星正常工作态使太阳光线完全照射在太阳帆板上，目标设备不再接收太阳光照。如此设置，能够在温度较高时有效降低太阳光对目标设备的热辐射。
在本实施例的一些可选的实现方式中，获取目标设备的温度之后，方法还包括：若目标设备的温度高于第二预设阈值，调整卫星姿态至设备安装面背离地球；或者，调整卫星姿态以减小地球穿过卫星的法线与设备安装面之间的夹角，第二预设阈值大于或等于第一预设阈值。
通过地热辐射对目标设备进行加热时，若目标设备的温度过高，可以减小设备安装面与地球的夹角，降低地热辐射强度。或者使设备安装面背离地球，不再接收地热辐射。如此设置，能够在温度较高时有效降低地球对目标设备的地热辐射。
上述第二预设阈值可以大于第一预设阈值。目标设备的正常温度可以为一个范围，第一预设阈值为温度范围的下限值，第二预设阈值为温度范围的上限值。例如，目标设备的正常温度可以为5℃-10℃，则第一预设阈值为5℃，第二预设阈值为10℃。
上述第二预设阈值可以等于第一预设阈值。目标设备的正常温度可以为一设定值，则第一预设阈值和第二预设阈值均等于该设定值。例如，目标设备的正常温度可以为5℃，第一预设阈值和第二预设阈值均为5℃。
第二方面，本实施例提供了一种卫星温控系统，如附图2所示，包括：获取模块201，被配置为获取目标设备的温度，目标设备设置在卫星的设备安装面上，设备安装面为太阳帆板的相邻面；执行模块202，被配置为若目标设备的温度低于第一预设阈值，执行以下至少一项操作：调整卫星姿态至太阳帆板和设备安装面与太阳相对，以使太阳光线照射在太阳帆板和设备安装面上；调整卫星姿态至设备安装面与地球相对，以使地热辐射在设备安装面上。
本实施例提供的卫星温控系统，在目标设备的温度较低时，通过调整卫星姿态使得设备安装面与太阳和/或地球相对，通过太阳光辐射或者地热辐射对目标设备进行加热升温，采用被动加热方式取代电加热等主动加热方式，减少了设备占用空间，使得卫星体积可以相对较小，且能够节约资源。
其中，上述获取模块201可以为设置在目标设备内的温度检测仪等，或者其它任何能够测量温度的仪器或者传感器等。
执行模块202可以包括处理器，处理器接收温度信息，并根据温度信息控制卫星自带的姿态调整设备调整卫星姿态。
对于执行模块202具体如何调整卫星姿态，可以参见上述，在此不再赘述。
第三方面，本实施例提供了一种卫星，包括如上所述的卫星温控系统。
本实施例提供的卫星，通过采用上述卫星温控系统，通过太阳光辐射或者地热辐射对目标设备进行加热升温，采用被动加热方式取代电加热等主动加热方式，减少了设备占用空间，卫星体积可以相对较小，且能够节约资源。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (7)

1.一种卫星温控方法，其特征在于，包括：
获取目标设备的温度，所述目标设备设置在卫星的设备安装面上，所述设备安装面为太阳帆板的相邻面，其中，所述卫星帆板设置在所述卫星的一个面上并向两侧伸长，所述设备安装面为与所述太阳帆板相邻且不被所述太阳帆板遮蔽的面；
若所述目标设备的温度低于第一预设阈值，执行以下至少一项操作：
调整卫星姿态至所述太阳帆板和所述设备安装面与太阳相对，以使太阳光线照射在所述太阳帆板和所述设备安装面上，其中，转动所述卫星至所述太阳帆板和所述设备安装面与所述太阳相对，且转动过程中保持所述太阳帆板与太阳光线的夹角、所述设备安装面与所述太阳光线的夹角之和为90度；
调整卫星姿态至所述设备安装面与地球相对，以使地热辐射在所述设备安装面上，其中，以所述太阳帆板的法线为旋转轴，转动所述卫星至所述设备安装面与所述地球相对，转动所述卫星至所述设备安装面与所述地球过卫星的法线之间夹角为60-90度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述转动卫星至所述太阳帆板和所述设备安装面与太阳相对，包括：
转动卫星至所述设备安装面与太阳光线的夹角为10-30°。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述转动卫星至所述太阳帆板和所述设备安装面与太阳相对，包括：
获取所述目标设备的温度与所述第一预设阈值的差值；
根据所述目标设备的温度与所述第一预设阈值的差值，确定所述设备安装面与太阳光线的目标夹角；
转动卫星至所述设备安装面与太阳光线的夹角为所述目标夹角。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：所述获取目标设备的温度之后，所述方法还包括：
若所述目标设备的温度高于第二预设阈值，调整卫星姿态至所述太阳帆板正对太阳，以使太阳光线完全照射在所述太阳帆板上；或者，调整卫星姿态以减小所述设备安装面与太阳光线的夹角，所述第二预设阈值大于或等于第一预设阈值。
5.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述获取目标设备的温度之后，所述方法还包括：
若所述目标设备的温度高于第二预设阈值，调整卫星姿态至所述设备安装面背离地球；或者，调整卫星姿态以减小地球穿过卫星的法线与所述设备安装面之间的夹角，所述第二预设阈值大于或等于所述第一预设阈值。
6.一种卫星温控系统，其特征在于，包括：
获取模块，被配置为获取目标设备的温度，所述目标设备设置在卫星的设备安装面上，所述设备安装面为太阳帆板的相邻面，其中，所述卫星帆板设置在所述卫星的一个面上并向两侧伸长，所述设备安装面为与所述太阳帆板相邻且不被所述太阳帆板遮蔽的面；
执行模块，被配置为若所述目标设备的温度低于第一预设阈值，执行以下至少一项操作：
调整卫星姿态至所述太阳帆板和所述设备安装面与太阳相对，以使太阳光线照射在所述太阳帆板和所述设备安装面上，其中，转动卫星至所述太阳帆板和所述设备安装面与所述太阳相对，且转动过程中保持所述太阳帆板与太阳光线的夹角、所述设备安装面与太阳光线的夹角之和为90度；
调整卫星姿态至所述设备安装面与地球相对，以使地热辐射在所述设备安装面上，其中，以所述太阳帆板的法线为旋转轴，转动所述卫星至所述设备安装面与地球相对，转动所述卫星至所述设备安装面与所述地球过卫星的法线之间夹角为60-90度。
7.一种卫星，其特征在于，包括如权利要求6所述的卫星温控系统。
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