一种圆轨道航天器外热流通用计算方法

易桦 黄兴 江海

(北京空间飞行器总体设计部 空间热控技术北京市重点实验室，北京 100094)

航天器在空间轨道运行所受到的空间外热流对航天器热设计有重要影响，在航天器热设计初期一般都必须进行外热流分析，以决定航天器热设计顶层方案和航天器热分析的极端工况。空间外热流包括太阳直射热流，行星反照热流和行星红外热流等。由于太阳为平行光，太阳直射热流只需要考虑行星的遮挡，相对容易分析；但是行星红外和行星反照需要考虑航天器与行星之间的位置关系，行星反照还需要额外考虑行星表面受照情况，计算过程非常复杂。早期由于计算机软硬件的限制，国内外主要采用对不同积分域进行积分的方法，对不同输入参数需进行查图表来获得行星红外和行星反照[1]，但积分域的确定过程十分复杂，而图表只能给出部分典型参数对应的结果，局限性较大。随着计算机技术的高速发展，国内陆续提出了通过蒙特卡洛(Monte Carlo)随机模拟法[2-4]等求行星红外和行星反照的方法，这些方法求行星反照时还需要将行星中心到太阳矢量与航天器表面法线在局部球坐标系的经度差作为输入，却未给出求经度差的通用方法，无法满足当前日益复杂的工程应用需求。文献[5-7]应用积分方法，对太阳同步轨道、倾斜轨道在对地姿态的外热流进行了分析，文献[8]用平均模拟法对月球红外辐射进行了精细计算，但这些方法都是针对特定的某种轨道和姿态进行分析，通用性不足，且部分方法仍采用基于相角的简化方法[9]求行星反照，准确度不够。……