專利名稱：衛(wèi)星空間污染效應(yīng)模擬預(yù)估的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種計(jì)算在空間環(huán)境條件下沾染到表面的污染物量預(yù)估方 法，特別是采用空間分子輸運(yùn)理論和蒙特卡羅方法的衛(wèi)星空間污染效應(yīng)模擬 預(yù)估的方法。
技術(shù)背景因?yàn)樾怯貌牧系目臻g出氣行為造成衛(wèi)星光學(xué)系統(tǒng)、熱控涂層、熱輻射材 料和太陽帆板等重要的系統(tǒng)受到污染后，將會(huì)產(chǎn)生光學(xué)系統(tǒng)性能下降，熱控 涂層太陽吸收率增加而使衛(wèi)星過熱，熱輻射材料易受高速?zèng)_擊污染物的影響 而造成在軌承受條件的降低，太陽帆板供能不足等污染效應(yīng)，這些都可以導(dǎo)致衛(wèi)星使用功能的降低甚至失效的情況發(fā)生。國外兩大航天組織NASA、 ESA 先后建立了直接模擬蒙特卡羅法(DSMC)、分子傳輸動(dòng)力學(xué)模型(MTK)、分子 流模型(M0LFLUX)來預(yù)估計(jì)算衛(wèi)星的污染量MTK模型是以空間真空環(huán)境下 的熱輻射屏蔽理論為基礎(chǔ)，考慮周圍多個(gè)出氣成份相同的出氣表面對敏感表 面造成的污染傳輸沉積過程。對于MTK多源模型來說，其物理思想是在空間 軌道分子流狀態(tài)下，每一個(gè)出氣表面除自身的出氣外，還包括周圍出氣源對 該表面影響后的再出氣對敏感表面污染沉積量的貢獻(xiàn)。根據(jù)源與敏感表面不 同的幾何因素關(guān)系，利用計(jì)算機(jī)編程計(jì)算具體衛(wèi)星敏感系統(tǒng)部器件的污染量 與污染分布；M0LFLUX模型是以射線跟蹤概念為基礎(chǔ)建立的空間分子污染輸 運(yùn)模型。跟蹤多出氣表面逸出的分子在空間的輸運(yùn)過程，統(tǒng)計(jì)計(jì)算這些分子 分別經(jīng)過與其它出氣表面多次碰撞后再入射到敏感表面后的沉積量。這些模 型為衛(wèi)星污染防護(hù)和控制提供可靠的數(shù)據(jù)支持，經(jīng)過十幾年的發(fā)展，技術(shù)相 對成熟。NASA和ESA由于涉及技術(shù)保密原因，造成我國在此方面研究的空白，我國急需開展衛(wèi)星污染模擬預(yù)估技術(shù)的研究來填補(bǔ)這一空白。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是填補(bǔ)國內(nèi)在此方面的技術(shù)空白，提供一種衛(wèi)星空間污 染效應(yīng)模擬預(yù)估的方法，該方法可實(shí)現(xiàn)多污染源存在時(shí)，復(fù)雜結(jié)構(gòu)中敏感表 面污染物沉積量的預(yù)估計(jì)算，所得的結(jié)果可為衛(wèi)星防污染設(shè)計(jì)和控制提供參 考依據(jù)。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種衛(wèi)星空間污染效應(yīng)模擬預(yù)估的方法，包括下列歩驟(1) 確定衛(wèi)星的污染三要素，即污染源、污染傳輸路徑及污染對象；(2) 簡化具體的衛(wèi)星敏感系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，建立坐標(biāo)系，確定污染源、污染傳 輸路徑和污染對象的位置參數(shù)坐標(biāo)；(3) 獲得污染源的平均出氣速率，結(jié)合理論方法研究復(fù)雜結(jié)構(gòu)中的分子 傳輸和多污染源相互影響問題，建立理論模型，并利用VB語言編制預(yù)估計(jì)算 軟件；(4) 利用預(yù)估計(jì)算軟件，輸入衛(wèi)星環(huán)境參數(shù)、衛(wèi)星敏感系統(tǒng)結(jié)構(gòu)尺寸、 位置參數(shù)和污染源平均出氣速率，根據(jù)不同的污染對象和參數(shù)，分別進(jìn)行在 軌污染量的預(yù)估計(jì)算。所述污染源為衛(wèi)星敏感系統(tǒng)周圍使用的易發(fā)生出氣的非金屬材料；污染 傳輸路徑為出氣分子在空間的傳輸路徑；污染對象為衛(wèi)星易受污染的敏感表 面，即光學(xué)表面、熱控表面和太陽電池陣。所述獲得污染源的平均出氣速率是采用污染低溫凝結(jié)效應(yīng)設(shè)備測試獲得。所述理論方法研究是采用分子流理論和蒙特卡洛算法，利用復(fù)雜結(jié)構(gòu)中多個(gè)污染源的增強(qiáng)出氣效應(yīng)理論解決其相互影響的研究。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是 (1 )衛(wèi)星空間污染效應(yīng)模擬預(yù)估方法的建立填補(bǔ)了我國在此領(lǐng)域的技術(shù)空白。(2) 該方法的建立理論上解決了多個(gè)污染源存在時(shí)分子在空間的出氣、 傳輸方式，以及凝結(jié)機(jī)理的問題，編制的軟件可針對衛(wèi)星敏感系統(tǒng)的不同結(jié) 構(gòu)進(jìn)行多污染源的復(fù)合模擬計(jì)算，所得的結(jié)果可為敏感系統(tǒng)的防污設(shè)計(jì)和材 料選擇提供依據(jù)。(3) 該方法適用于各種衛(wèi)星的防污染設(shè)計(jì)。


圖l是本發(fā)明的模型示意圖 圖2為本發(fā)明實(shí)施例內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖具體實(shí)施方式
參閱圖l，它是以污染源表面l、敏感表面2、出氣分子3、 二次表面4、 空間環(huán)境5構(gòu)成的本發(fā)明模型示意圖。實(shí)施例參閱圖2，相機(jī)系統(tǒng)的污染預(yù)估(1) 確定相機(jī)系統(tǒng)周圍使用的星用非金屬材料污染源；確定出氣分子在 相機(jī)鏡筒內(nèi)的傳輸路徑;確定易受污染的表面為相機(jī)鏡筒內(nèi)的三組光學(xué)鏡頭；(2) 簡化相機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，相機(jī)鏡筒主要由內(nèi)部腔壁和三組鏡頭組成。根據(jù)圖示建立坐標(biāo)系，確定相機(jī)系統(tǒng)的污染源污染對象的位置參數(shù)坐標(biāo)； 由出氣分子在相機(jī)內(nèi)部可能的運(yùn)行軌跡，確定污染傳輸路徑。(3) 利用污染低溫凝結(jié)效應(yīng)設(shè)備測試獲得相機(jī)污染源的平均出氣速率；利用分子傳輸理論和蒙特卡羅方法計(jì)算鏡頭l、 2、 3使用的膠粘劑污染源與其它表面的視角因子；建立鏡頭l、 2、 3在軌運(yùn)行期間的分子污染沉積量理 論算法；并利用VB語言編制預(yù)估計(jì)算軟件。(4)輸入相機(jī)的空間環(huán)境參數(shù)、結(jié)構(gòu)尺寸、位置參數(shù)和污染源平均出氣 速率等參數(shù)，計(jì)算各個(gè)鏡頭的在軌污染量。
權(quán)利要求
1. 一種衛(wèi)星空間污染效應(yīng)模擬預(yù)估的方法，其特征在于包括下列步驟(1)確定衛(wèi)星的污染三要素，即污染源、污染傳輸路徑及污染對象；(2)簡化具體的衛(wèi)星敏感系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，建立坐標(biāo)系，確定污染源、污染傳輸路徑和污染對象的位置參數(shù)坐標(biāo)；(3)獲得污染源的平均出氣速率，結(jié)合理論方法研究復(fù)雜結(jié)構(gòu)中的分子傳輸和多污染源相互影響問題，建立理論模型，并利用VB語言編制預(yù)估計(jì)算軟件；(4)利用預(yù)估計(jì)算軟件，輸入衛(wèi)星環(huán)境參數(shù)、衛(wèi)星敏感系統(tǒng)結(jié)構(gòu)尺寸、位置參數(shù)和污染源平均出氣速率，根據(jù)不同的污染對象和參數(shù)，分別進(jìn)行在軌污染量的預(yù)估計(jì)算。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星空間污染效應(yīng)模擬預(yù)估的方法，其特征在 于所述污染源為衛(wèi)星敏感系統(tǒng)周圍使用的易發(fā)生出氣的非金屬材料；污染 傳輸路徑為出氣分子在空間的傳輸路徑；污染對象為衛(wèi)星易受污染的敏感表 面，即光學(xué)表面、熱控表面和太陽電池陣。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星空間污染效應(yīng)模擬預(yù)估的方法，其特征在 于所述獲得污染源的平均出氣速率是采用污染低溫凝結(jié)效應(yīng)設(shè)備測試獲得 的。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星空間污染效應(yīng)模擬預(yù)估的方法，其特征在 于所述理論方法研究是采用分子流理論和蒙特卡洛算法，利用復(fù)雜結(jié)構(gòu)中 多個(gè)污染源的增強(qiáng)出氣效應(yīng)理論解決其相互影響的研究。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種衛(wèi)星空間污染效應(yīng)模擬預(yù)估的方法，特點(diǎn)是進(jìn)行衛(wèi)星的污染分析，確定整星的污染三要素，即污染源、污染傳輸路徑和污染對象；根據(jù)具體的衛(wèi)星敏感系統(tǒng)結(jié)構(gòu)建立幾何計(jì)算模型；利用預(yù)估軟件，輸入環(huán)境參數(shù)、結(jié)構(gòu)尺寸和污染源出氣速率等參數(shù)模擬計(jì)算污染對象的在軌污染量。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了利用軟件預(yù)估計(jì)算衛(wèi)星敏感系統(tǒng)的在軌污染量，為衛(wèi)星敏感系統(tǒng)的在軌污染防護(hù)和控制提供了一種有效的方法；該方法所得的計(jì)算結(jié)果可為敏感系統(tǒng)的防污染設(shè)計(jì)提供直接的參考數(shù)據(jù)；在衛(wèi)星設(shè)計(jì)之初考慮污染的控制和防護(hù)問題，大大節(jié)約了防護(hù)和控制成本。
文檔編號G06F17/50GK101275938SQ20071003843
公開日2008年10月1日 申請日期2007年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月26日
發(fā)明者全小平, 姚日劍, 鹢 王, 王先榮, 興 郭, 顏則東 申請人:中國航天科技集團(tuán)公司第五研究院第五一○研究所