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太阳同步轨道二维变姿态空间相机的外热流计算

李世俊,  陈立恒,  冯文田,  吴愉华

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李世俊, 陈立恒, 冯文田, 吴愉华. 太阳同步轨道二维变姿态空间相机的外热流计算[J]. 红外与激光工程, 2018, 47(9): 917008-0917008(10). doi: 10.3788/IRLA201847.0917008
引用本文: 李世俊, 陈立恒, 冯文田, 吴愉华. 太阳同步轨道二维变姿态空间相机的外热流计算[J]. 红外与激光工程, 2018, 47(9): 917008-0917008(10). doi: 10.3788/IRLA201847.0917008
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Li Shijun, Chen Liheng, Feng Wentian, Wu Yuhua. Calculation of external heat fluxes on space camera with two-dimensional changing attitudes in sun-synchronous orbit[J]. Infrared and Laser Engineering, 2018, 47(9): 917008-0917008(10). doi: 10.3788/IRLA201847.0917008
Citation: Li Shijun, Chen Liheng, Feng Wentian, Wu Yuhua. Calculation of external heat fluxes on space camera with two-dimensional changing attitudes in sun-synchronous orbit[J]. Infrared and Laser Engineering, 2018, 47(9): 917008-0917008(10). doi: 10.3788/IRLA201847.0917008
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太阳同步轨道二维变姿态空间相机的外热流计算

doi: 10.3788/IRLA201847.0917008
  • 1.

    中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033;

  • 2.

    中国科学院大学,北京 100049;

  • 3.

    32142部队72分队,河北 保定 071000

基金项目: 

国家重大航天项目;中国科学院青年创新促进会（2015173）

详细信息
    作者简介:

    李世俊(1992-),男,博士生,主要从事空间光学遥感器热控技术方面的研究。Email:lishijun15@mails.ucas.ac.cn

    通讯作者: 陈立恒(1979-),男,研究员,博士生导师,博士,主要从事空间光学遥感器热控技术方面的研究。Email:chenliheng3@163.com

  • 中图分类号: V416.5

Calculation of external heat fluxes on space camera with two-dimensional changing attitudes in sun-synchronous orbit

  • 1.

    Changchun Institute of Optics,Fine Mechanics and Physics,Chinese Academy of Sciences,Changchun 130033,China;

  • 2.

    University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China;

  • 3.

    Branch 72 of No. 32142 Army,Baoding 071000,China

  • 摘要: 为了得到准确的二维变姿态空间相机外热流数据，提出了一种在J2000坐标系下进行二维变姿态空间相机的外热流算法。首先，在J2000坐标系下确定了相机的位置、太阳的位置及其辐射强度；其次，根据空间相机的视轴始终指向太阳的工作特点及太阳的位置，计算出其在极端情况下的二维姿态角；然后，根据得到的姿态角计算出姿态变换矩阵。最后，利用Matlab编程计算出一个轨道周期内的不变姿态以及二维变姿态条件下的复杂外热流。该方法计算得到的不变姿态外热流与I-deas/TMG软件得到的结果能够很好地吻合。与姿态不变的相机相比，相机二维姿态的变化会导致其外热流发生较大的变化，尤其是入光口所在的-Y面，其太阳直射热流的波动范围为0~1 394 W/m2。得到的姿态角为热仿真模型姿态的调整提供了重要参考。由变姿态外热流数据可以看出，-Z面的外热流最小，其最大平均外热流小于4 W/m2。另外X面和+Y面的外热流也较小，X面最大平均外热流小于80 W/m2，+Y面最大平均外热流小于110 W/m2。在实际应用中，由于卫星平台的遮挡，X面和+Y面的外热流会更小，因此可以将-Z面，X面和+Y面作为散热面，为热设计工作提拱了很好的指导。
    Abstract: In order to get accurate data of external heat fluxes on space camera with two-dimensional changing attitudes, a method was proposed to calculate the external heat fluxes of space camera with two-dimensional changing attitudes in J2000 coordinate system. First, in J2000 coordinate system positions of space camera, position and radiation intensity of sun were calculated. Second, according to the working characteristics of the space camera whose visual axis always points to the sun and the position of the sun, its two-dimensional attitude angles were calculated under extreme conditions. Then, based on the obtained attitude angles, the attitude transformation matrix was calculated. Finally, in one orbital period external heat fluxes of unchanging attitude and two-dimensional changing attitudes were calculated with Matlab programming. The external heat fluxes of this paper were in good agreement with I-deas/TMG software. Compared with the unchanging attitude camera, external heat fluxes of the two-dimensional changing atitudes camera will have a great change, especially for the -Y surface where optical entrance is located. The solar radiation heat fluxes fluctuation range of -Y surface is 0-1 394 W/m2. The obtained attitude angles provide an important reference for the adjustment of the attitude for the thermal simulation model. According to the data of the external heat flux with changing attitudes, it can be seen that the external heat fluxes of the -Z surface is smallest, and the maximum average period external heat fluxes of -Z surface is less than 4 W/m2. In addition, the external heat fluxes of the X surfaces and +Y surface are smaller, and the maximum average period external heat fluxes of X surfaces are less than 80 W/m2, and the maximum average period external heat fluxes of +Y surface are less than 110 W/m2. In practical application, the external heat fluxes of X surfaces and +Y surface will be smaller due to the obstruction of the satellite platform. Therefore, the -Z surface, X surfaces and +Y surface can be used as heat dissipation surfaces, which provides a good guide for thermal design work.
  • [1] Li Qiang, Chen Liheng. Thermal design for infrared detectors in complex heat flux[J]. Infrared and Laser Engineering, 2016, 45(9):0904002. (in Chinese)李强, 陈立恒. 复杂外热流条件下红外探测器组件热设计[J]. 红外与激光工程, 2016, 45(9):0904002.
    [2] Li Yi, Wu Qingwen, Chen Liheng, et al. Thermal control system of carbon dioxide detection instrument[J]. Optics and Precision Engineering, 2015, 23(4):1053-1061. (in Chinese)李毅, 吴清文, 陈立恒, 等. 二氧化碳探测仪的热控系统[J]. 光学精密工程, 2015, 23(4):1053-1061.
    [3] Lu Wei, Huang Jiarong, Zhong Qi. External heat flux on manned transport spacecraft with multiple modes and attitudes[J]. Chinese Space Science and Technology, 2011, 31(1):25-32. (in Chinese)卢威, 黄家荣, 钟奇. 载人运输飞船多模式和姿态的外热流[J]. 中国空间科学技术, 2011, 31(1):25-32.
    [4] Wang Yan, Xu Tao, Hu Bingting, et al. Thermal design of SADA and its detailed temperature distribution in HT condition for geostationary orbit satellite[J]. Spacecraft Environment Engineering, 2017(5):490-494. (in Chinese)王彦, 徐涛, 胡炳亭, 等. 地球静止轨道卫星SADA热设计及高温工况温度分布研究[J]. 航天器环境工程, 2017(5):490-494.
    [5] Li J, Yan S, Cai R. Thermal analysis of composite solar array subjected to space heat flux[J]. Aerospace Science Technology, 2013, 27(1):84-94.
    [6] Liu Yang, Peng Xiaodong, Zhang Hanxun, et al. Study of external heat flux calculation method for interplanetary spacecraft in solar system[J]. Electronic Design Engineering, 2017, 25(9):1-5. (in Chinese)刘洋, 彭晓东, 张汉勋,等. 太阳系行星际航天器外热流计算方法研究[J]. 电子设计工程, 2017, 25(9):1-5.
    [7] Wu Xiaodi, Sun Yunhui, Li Zhi. Spatial heat flux analysis of a satellite in the sun-synchronous orbit[J]. Laser Infrared, 2015, 45(7):805-808. (in Chinese)吴晓迪, 孙云辉, 李秩. 太阳同步轨道卫星空间热流分析[J]. 激光与红外, 2015, 45(7):805-808.
    [8] Wang Shuang, Geng Yunhai, Song Daozhe, et al. Computational method for external heat flux of trajectory space on optical system of star sensor[J]. Optics and Precision Engineering, 2016, 24(10):468-476. (in Chinese)王爽, 耿云海, 宋道喆,等. 星敏感器光学系统轨道空间外热流计算方法[J]. 光学精密工程, 2016, 24(10):468-476.
    [9] Deng Guijun, Wu Keyong. Calculation on space external thermal flow of sun for space camera in synchronous round orbit[J]. Optics and Precision Engineering, 1997, 5(6):107-112. (in Chinese)邓桂俊, 武克用. 太阳同步圆形轨道空间相机太阳辐射外热流的计算[J]. 光学精密工程, 1997, 5(6):107-112.
    [10] Yang Huabin, Wu Qingwen, Chen Liheng, et al. Calculation of external heat fluxes on space camera with changing attitudes frequently in Geomagnetic Coordinate system[J]. Infrared and Laser Engineering, 2015, 44(6):1923-1928. (in Chinese)杨化彬, 吴清文, 陈立恒,等. 地磁坐标系下变姿态空间相机的外热流计算[J]. 红外与激光工程, 2015, 44(6):1923-1928.
    [11] Zhang Renwei. Satellite Orbit Attitude Dynamics and Control[M]. Beijing:Beijing University of Aeronautics and Astronautics Press, 1998. (in Chinese)章仁为. 卫星轨道姿态动力学与控制[M]. 北京:北京航空航天大学出版社, 1998.
    [12] Liu Lin. Spacecraft Orbit Theory[M]. Beijing:National Defense Industry Press, 2007. (in Chinese)刘林. 航天器轨道理论[M]. 北京:国防工业出版社, 2007.
    [13] Xi Xiaoning, Wang Wei. Fundamentals of Near-earth Spacecraft Orbit[M]. Changsha:National University of Defense Technology Press, 2003. (in Chinese)郗晓宁, 王威. 近地航天器轨道基础[M]. 长沙:国防科技大学出版社, 2003.
    [14] Su Yi. New Introduction to Astronomy[M]. Beijing:Science Press, 2009. (in Chinese)苏宜. 天文学新概论[M]. 北京:科学出版社, 2009.
  • [1] 关博仁, 李明宇, 邓仁辉, 胡海洋, 廉哲.  高速通信光模块热控系统设计 . 红外与激光工程, 2023, 52(5): 20220705-1-20220705-12. doi: 10.3788/IRLA20220705
    [2] 关洪宇, 王蕾, 冯琨程, 许艳军, 江帆, 韩诚山.  Hα太阳空间望远镜热设计 . 红外与激光工程, 2023, 52(1): 20221395-1-20221395-7. doi: 10.3788/IRLA20221395
    [3] 吕建伟, 王领华, 苏生, 宋馨, 刘欣, 宋博旸.  微型星敏热控设计及仿真 . 红外与激光工程, 2022, 51(11): 20220116-1-20220116-6. doi: 10.3788/IRLA20220116
    [4] 王阳, 孟庆亮, 赵振明, 于峰, 赵宇.  透射式低温光学红外相机全光路冷链热设计 . 红外与激光工程, 2021, 50(5): 20200345-1-20200345-8. doi: 10.3788/IRLA20200345
    [5] 杨爽, 杜昌帅, 杨献伟, 刘春龙, 熊琰.  空间太阳望远镜热设计 . 红外与激光工程, 2021, 50(4): 20200294-1-20200294-9. doi: 10.3788/IRLA20200294
    [6] 申春梅, 于峰, 刘文凯.  某空间气体监测仪热设计及试验验证 . 红外与激光工程, 2020, 49(4): 0413007-0413007-10. doi: 10.3788/IRLA202049.0413007
    [7] 杨雨霆, 陈立恒, 徐赫彤, 李世俊, 吴愉华.  高空气球平台地-月成像光谱仪载荷系统热设计 . 红外与激光工程, 2019, 48(11): 1114004-1114004(10). doi: 10.3788/IRLA201948.1114004
    [8] 吴愉华, 陈立恒, 李行, 李世俊, 杨雨霆.  地球静止轨道变姿态空间相机的外热流计算 . 红外与激光工程, 2019, 48(6): 604001-0604001(9). doi: 10.3788/IRLA201948.0604001
    [9] 刘百麟, 刘绍然, 周佐新, 于思源.  GEO星载激光通信终端二维转台伺服机构热设计 . 红外与激光工程, 2016, 45(9): 922003-0922003(6). doi: 10.3788/IRLA201645.0922003
    [10] 江帆, 吴清文, 王忠素, 刘金国, 鲍赫.  空间相机遮光罩的低功耗热设计 . 红外与激光工程, 2016, 45(9): 918002-0918002(6). doi: 10.3788/IRLA201645.0918002
    [11] 李强, 陈立恒.  复杂外热流条件下红外探测器组件热设计 . 红外与激光工程, 2016, 45(9): 904002-0904002(7). doi: 10.3788/IRLA201645.0904002
    [12] 李延伟, 张洪文, 郑丽娜, 远国勤, 张景国.  高空光学遥感器热设计参数的灵敏度分析 . 红外与激光工程, 2015, 44(2): 572-577.
    [13] 刘颖, 范永青, 徐金涛.  光纤陀螺组合的热设计及分析 . 红外与激光工程, 2015, 44(12): 3750-3754.
    [14] 于涛, 王永成, 代霜, 孙亮, 宋克非.  基于温度水平的空间相机主动热控系统 . 红外与激光工程, 2015, 44(1): 249-253.
    [15] 杨化彬, 吴清文, 陈立恒, 何飞, 张旭升.  地磁坐标系下变姿态空间相机的外热流计算 . 红外与激光工程, 2015, 44(6): 1923-1928.
    [16] 江帆, 王忠素, 陈立恒, 吴清文, 郭亮.  星敏感器组件的热设计 . 红外与激光工程, 2014, 43(11): 3740-3745.
    [17] 孟恒辉, 耿利寅, 李国强.  激光通信器热设计与热试验 . 红外与激光工程, 2014, 43(7): 2295-2299.
    [18] 石进峰, 吴清文, 杨献伟, 刘宏伟, 黄勇.  光轴竖直大口径长焦距平行光管热设计 . 红外与激光工程, 2013, 42(6): 1617-1622.
    [19] 张月, 胡斌, 阮宁娟.  双基高比立体测绘相机热分析与热设计 . 红外与激光工程, 2013, 42(12): 3270-3276.
    [20] 张月, 周峰.  火星轨道轻小型高分辨率相机热分析与热设计 . 红外与激光工程, 2013, 42(11): 2979-2983.
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-04-10
  • 修回日期:  2018-05-12
  • 刊出日期:  2018-09-25

太阳同步轨道二维变姿态空间相机的外热流计算

doi: 10.3788/IRLA201847.0917008
  • 1. 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033;
  • 2. 中国科学院大学,北京 100049;
  • 3. 32142部队72分队,河北 保定 071000
    • 作者简介:

    李世俊(1992-),男,博士生,主要从事空间光学遥感器热控技术方面的研究。Email:lishijun15@mails.ucas.ac.cn

    通讯作者: 陈立恒(1979-),男,研究员,博士生导师,博士,主要从事空间光学遥感器热控技术方面的研究。Email:chenliheng3@163.com
  • 收稿日期: 2018-04-10
  • 修回日期: 2018-05-12
  • 刊出日期: 2018-09-25
基金项目:

国家重大航天项目;中国科学院青年创新促进会（2015173）

  • 中图分类号: V416.5

摘要: 为了得到准确的二维变姿态空间相机外热流数据，提出了一种在J2000坐标系下进行二维变姿态空间相机的外热流算法。首先，在J2000坐标系下确定了相机的位置、太阳的位置及其辐射强度；其次，根据空间相机的视轴始终指向太阳的工作特点及太阳的位置，计算出其在极端情况下的二维姿态角；然后，根据得到的姿态角计算出姿态变换矩阵。最后，利用Matlab编程计算出一个轨道周期内的不变姿态以及二维变姿态条件下的复杂外热流。该方法计算得到的不变姿态外热流与I-deas/TMG软件得到的结果能够很好地吻合。与姿态不变的相机相比，相机二维姿态的变化会导致其外热流发生较大的变化，尤其是入光口所在的-Y面，其太阳直射热流的波动范围为0~1 394 W/m2。得到的姿态角为热仿真模型姿态的调整提供了重要参考。由变姿态外热流数据可以看出，-Z面的外热流最小，其最大平均外热流小于4 W/m2。另外X面和+Y面的外热流也较小，X面最大平均外热流小于80 W/m2，+Y面最大平均外热流小于110 W/m2。在实际应用中，由于卫星平台的遮挡，X面和+Y面的外热流会更小，因此可以将-Z面，X面和+Y面作为散热面，为热设计工作提拱了很好的指导。

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