Экспериментальное определение радиационных характеристик или точ-
ностных параметров поверхностей элементов СКП требует проведения слож-
ных экспериментов [6], имеющих значительные ограничения на интерпрета-
цию результатов (зависимость от расстояния до Солнца, спектра излучения,
точности поверхности зеркал) [5]. Поэтому особый интерес представляет
разработка математической модели, позволяющей рассчитывать характери-
стики сложных зеркальных систем с учетом влияния условий эксплуатации,
конструктивных особенностей, шероховатости поверхности. Математическое
моделирование позволит обеспечить значительное уменьшение материаль-
ных затрат, связанных с проектированием и отработкой подобных систем,
по сравнению с традиционными экспериментальными методами. А возмож-
ность рассмотреть большое число вариантов в результате математического
моделирования приведет к разработке рациональной конструкции при обес-
печении максимальной энергетической и массовой эффективности ВТСЭУ,
что очень актуально для космической техники.
Основные принципы построения СКП для ВТСЭУ.
Солнечные лучи
падают на поверхность космического аппарата в пределах малого телесного
угла, определяемого радиусом Солнца и расстоянием до него, поэтому плот-
ность потока солнечного излучения относительно невысока. Например, для
орбиты Земли плотность солнечного излучения составляет
1380
Вт/м
2
при
телесном угле
7
∙
10
−
5
ср. Для получения в рабочей зоне высоких температур
необходимо повысить плотность результирующего потока излучения. Этого
можно добиться, изменив ход лучей так, чтобы они приходили на приемную
поверхность в пределах достаточно большого телесного угла, в результате
чего, как следствие инвариантности яркости [5], плотность сконцентриро-
ванного потока будет во много раз больше плотности падающего излучения.
Сконцентрировать солнечное излучение можно при помощи зеркальных
и линзовых концентрирующих систем [3, 5]. Линзовые концентрирующие
системы по сравнению с ЗКС характеризуются большей удельной массой и
стоимостью, а также сложнее в изготовлении и эксплуатации. Хотя и суще-
ствуют проекты создания космических аппаратов с применением линзовых
концентрирующих систем [1], но в целом они пока не нашли широкого при-
менения в ВТСЭУ как наземного, так и космического базирования.
Рис. 1. Схема ЗКС с параболиче-
ским концентратором:
f
— фокусное расстояние;
u
— угол
полураскрытия концентратора;
r
м
и
r
ф
— радиусы миделя и фокального
пятна;
δ
— угловой размер источника
излучения
Основной классифицирующей ха-
рактеристикой ЗКС является степень
концентрации
С
[6], равная отноше-
нию площади миделя
F
м
ЗКС к пло-
щади фокального пятна
F
ф
(рис. 1):
C
=
F
м
/F
ф
=
r
м
/r
ф
2
.
Максимальная теоретическая концен-
трирующая способность достигается при
использовании параболического концен-
тратора (
С
max
= 11 500
при угле полу-
раскрытия параболоида
u
= 45
◦
). Имен-
но этим в основном и определяется ши-
рокое применение параболоидных отра-
жателей в однозеркальных ВТСЭУ, так
как даже при всевозможных отступле-
ниях от проектной конфигурации, обу-
словленных конструктивными, техноло-
гическими и эксплуатационными факто-
рами, они обеспечивают получение высо-
ких плотностей тепловых потоков в око-
лофокальной зоне.
ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение”. 2011. № 1 83
