卫星污染传输仿真模型及其应用研究.pdf

第17卷第6期
电机
控制学报
Vol 17 No 6
2013年6月
ELECTRIC MACHINES AND CONTROL
June 2013
卫星污染传输仿真模型及其应用研究
于广滨,丁刚,戴冰
(哈尔滨工业大学机电工程学院,黑龙江哈尔滨150001)
摘要:针对卫星污染环境地面模拟试验耗时长,成本高且工艺复杂等问题,开展卫星污染仿真研
究。污染传输建模与分析是卫星污染仿真的关键,基于广域污染数值模拟理论,对热真空环境模
拟试验中直接视角范围的分子污染传输机制进行了研究,在此基础上建立了相应的卫星污染传输
仿真数学模型,利用 Gauss a数值积分方法对建立的卫星污染传输仿真数学模型进行了数值求解。
实际工程表明;基于卫星污染传输仿真模型的数值求解结果与实际试验情况相吻合,从而验证了直
接视角范围内的卫星污染传输仿真模型的可靠性
关键词:卫星;热真空试验;污染传输;污染环境预示;数值模拟
中图分类号:TU313
文献标志码:A
文章编号:1007-449X(2013)06-0094-05
Satellite contamination transmission simulation
model and its implementation
YU Guang-bin, DING Gang, DAI Bing
( School of Mechatronics Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China)
Abstract: Due to the long period, the high cost, and the complex techniques, the satellite contamination
environment simulated test is very difficult. The satellite contamination transmission simulation model
very important to the satellite contamination environment simulated test. Based on the global region con-
tamination simulation theory, the satellite molecular contamination transmission mechanism in direct line
of sight in the thermal vacuum environment test was researched, and the satellite contamination transmis-
sion simulation model was built and solved y Gauss numerical ine ration method. The simulation results
were consistent with the actual test, and the reliability of the satellite contamination transmission simula-
tion model were validated by the corresponding simulation results
Key words: satellite thermal vacuum test; contamination transmission; contamination environment pre
diction numerical simulation
0引言
寿命卫星而言,空间环境效应及其累积效应是影响
卫星性能和工作寿命的主要因素。为验证卫星设计
随着航天技术的不断发展,我国已把发展高可的正确性、保证卫星长期可靠地工作并完成各项预
靠、长寿命卫星作为一个重点发展方向叫。对于长定任务,在卫星研制的过程中,必须严格按照试验规
收稿日期:2012-05-24
甚金项目:哈尔滨市科技攻关项目(2011A1BC059);黑龙江省国际合作项目(WB10A104
作青筒介:于广滨(198-),男,博士研究生,研究方向为人エ智能理论与应用;
丁刚(1976一),男,副教授,硕士生导师,研究方向为人工智能理论与应用;
戴冰(1980-),男,博士研究生,研究方向为人エ智能理论与应用。
通讯作者:丁刚
第6期
于广滨等:卫星污染传输仿真模型及其应用研究
范的规定,在地面开展各类模拟试验,例如,动力学容器壁均匀放气。设(j=1,2,…)为试验容器壁放
环境模扠试验,热环境模拟试验3以及卫星故出的气体种类。
障诊断模拟研究?等。据统计,地面试验的费用
容器壁上d'面元的放气率为
约占一个卫星型号整个研制费用的35%,其中,卫
r.(ds')=(F)=∑N
星环境试验费用占了绝大部分
微量污染物在功能表面上沉积引起航天器某式中:N为第j种气体分子的数目;m为第j种气体
子的平均分子量。
些性能退化和失效,抑或安全方面的问题在国内
外均有先例1-?。然而,航天器的污染是一个复
杂的物理过程,为了掌握卫星在太空的污染规律,
卫星研制人员常常将卫星置于空间模拟室里,进
行卫星污染环境试验"0-リ。但卫星污染环境试
验监控时间长,并有可能发生意外情况。对KM3、
R
KM4空间模拟室的污染监控通常是几十甚至上百
个小时。当试验由于意外情况间断时,例如,发生
意外断电,就不能获得试验的最终结果,只能重新
图1直接视角范污染传输机制简图
做试验,不仅耽误卫星研制时间,而且大大增加卫
Fig. 1 Simplified model of satellite contamination
星研制成本。本文的目的是根据卫星本体的参
transmission in direct line-of sight
数,通过分子动力学、解析方法以及计算机仿真技
从ds'面元到ds面元的通量密度为
术建立卫星污染仿真模型,并根据历史试验结果
drds
T (ds) cos8cos6
来确定和修正污染模型中的参数。在进行新型号
卫星污染预测时,就可以利用建立的卫星污染模将卫星及各附件简化为质点M,令ds=1,则式(2)
型和仿真系统,根据实验环境的物理参数和卫星可转化为
结构参数确定各个污染表面污染的沉积速率和沉
积总量2-?。当然,卫星污染模型与预示系统的
dハr,(d). cosecost
建立是一项集分子动力学、解析方法、卫星设计与
试验和计算机仿真技术等于一体的复杂性工作,
T(ds)cosecose
但它的建立有可能减少某些试验环节,较好地应
付试验意外。同时,这也是卫星并行设计的需要,式中:2为对d的法线,所指向的空间积分。
其能使卫星设计工程师在设计阶段就掌握卫星在
由此引起的入射通量为
污染试验阶段可能出现的问题,减少卫星设计上
D=TB.
的失误。所以卫星污染模型与系统的建立,对于式中,8为系数,可取为0~1o
缩短卫星研发周期、提高卫星设计质量、降低卫星
设卫星在试验容器中的坐标为M(u,0,0)。P
研