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卫星外表紫外辐照强度与原子氧注量计算及软件设计

作　者: 孟远征
导　师: 匡正
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: 紫外辐照强度 原子氧注量 受晒因子 取向因子 软件设计
分类号: V423.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要


卫星的设计寿命必须要大于卫星在轨工作寿命。但是,如果两者相差很多的话,就会造成资源上极大的浪费,所以如何尽可能的使设计寿命接近在轨工作寿命就成为一个重要的课题,而其中如何准确的预测卫星在轨工作寿命就变得十分重要。本课题以影响卫星在轨寿命的两个重要因素—紫外辐照和原子氧为出发点,来研究实际作用于卫星外表的环境因素计算模型。卫星在轨运行过程中所遭遇的空间环境,除取决于所在轨道空间环境变化模式外,还与卫星三维结构特征及在轨运动状态等因素的影响有关。为有效地进行卫星在轨寿命预测,必须在考虑卫星三维结构及在轨运动状态等因素影响的基础上,建立卫星环境参数计算模型,作为分析卫星与空间环境交互作用的基本依据,才能使计算结果更符合实际,特别是紫外辐照空间环境影响。但是,目前国际上尚没有考虑卫星三维结构及在轨运动状态等因素影响的计算模式和方法。本文在综合考虑了卫星的三维结构和在轨运动状态两个因素的基础上,根据太阳辐照强度计算模型建立了紫外辐照强度计算模型,给出了模型参数的具体求解方法并开发出相应实用软件。将软件计算结果与未考虑卫星三维结构特征及在轨运动状态等因素的影响的结果进行了比较,表明本文方法可以更准确的反映卫星在轨的实际情况。由于紫外辐照是造成航天器涂层材料性能退化的一个重要的环境因素,而热控涂层性能的好坏又直接决定了卫星寿命的长短,反映紫外辐照产生航天器涂层材料性能退化的一个重要参数是太阳吸收率,所以对热控涂层太阳吸收率退化规律的研究就具有重要的现实意义。目前国际上常用的预测方法都是针对综合辐照所建立的预测模型,而不是单独针对紫外辐照的,所以本文从研究材料受紫外辐照产生色心的物理过程入手,建立了相应的数学物理模型,给出了确定航天器涂层材料太阳吸收率退化规律的方法。目前国际上通用的计算原子氧注量的模型由于缺乏对卫星姿态及轨道因素的考虑,同样不能准确地计算出卫星在轨飞行所实际受到的原子氧的注量。本文在建立模型时则考虑到以上因素,同时还结合了太阳活动以及地磁活动这两个影响因素,给出了模型参数的具体求解方法,根据求解方法开发出相应软件,并可以进行航天方面的实用计算。通过用本文方法的计算结果与未考虑卫星姿态及轨道因素的计算结果进行对比,表明本文方法更能反映空间实际情况。根据前面提出的模型,运用模块化思想设计出紫外辐照强度计算系统和原子氧注量计算系统两个软件系统。这两个软件都已被应用到实际中,且取得了较好的效果。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-17
  1.1 本文研究的背景和意义  10-12
    1.1.1 本文研究背景  10-11
    1.1.2 本文研究的目的和意义  11-12
  1.2 有关研究动态综述  12-16
    1.2.1 紫外辐照  12-14
    1.2.2 原子氧  14-15
    1.2.3 预测方法  15-16
  1.3 本文内容的安排  16-17
第2章 紫外辐照强度计算  17-32
  2.1 紫外辐照强度计算模型  17-18
  2.2 紫外辐照强度的计算  18-29
    2.2.1 太阳紫外辐照度的计算  18-19
    2.2.2 受晒因子的计算  19-20
    2.2.3 取向因子的计算  20-29
  2.3 结果与讨论  29-31
  2.4 本章小结  31-32
第3章 太阳吸收率的退化模型  32-37
  3.1 研究问题描述  32
  3.2 涂层材料数理模型  32-35
    3.2.1 作用模型  32-34
    3.2.2 数学推导  34-35
  3.3 实验数据拟合  35-36
  3.4 结果与讨论  36
  3.5 本章小结  36-37
第4章 原子氧注量计算  37-45
  4.1 原子氧注量计算模型  37-40
    4.1.1 原子氧能量  37-38
    4.1.2 原子氧通量  38-39
    4.1.3 原子氧注量  39-40
  4.2 原子氧注量的计算  40-43
    4.2.1 原子氧数密度的计算  40-41
    4.2.2 惯性系下卫星速度的计算  41-42
    4.2.3 取向因子的计算  42-43
  4.3 结果与讨论  43-44
  4.4 本章小结  44-45
第5章 紫外辐照强度和原子氧注量计算系统的软件设计与实现  45-51
  5.1 系统的总体设计  45-48
  5.2 预测系统的软件实现  48-50
  5.3 本章小结  50-51
结论  51-53
参考文献  53-58
致谢  58

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中图分类: > 航空、航天 > 航天（宇宙航行） > 火箭、航天器构造（总体） > 航天器构造和设计 > 人造卫星
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