Математическое моделирование динамики температуры солнечных батарей в различных условиях орбитального полета космического аппарата

Смоделирован процесс изменения температурного режима поверхности космического аппарата (КА). На основе анализа углового расстояния от проекции Солнца на поверхность Земли до проекции плоскости орбиты космического аппарата рассчитаны границы теневого, полу-теневого и освещенного участков орбит, а также границы продолжительного бестеневого этапа полета космического аппарата. Приведен анализ бестеневых этапов полета космического аппарата для нескольких типовых орбит. На основе обзора литературы по расчетам теневых и освещенных участков орбиты выявлены факторы, которые ранее не учитывались при определении границ участков орбиты: прецессия орбиты космического аппарата, суточное смещение Солнца по эклиптике. Определены параметры, необходимые для расчета интенсивности освещения панелей солнечных батарей. Представлена модель притока энергии от прямого светового потока, отраженного от Земли, лучистого потока и собственного излучения Земли в условиях изменяющихся интенсивности освещения, подстилающей поверхности, положения линии терминатора. Приведен пример расчета температурного режима панелей солнечной батареи КА, находящегося на орбите системы ГЛОНАСС на полутеневом участке орбиты и на участках со средним и максимальным значением времени нахождения в тени. Представлен результат решения дифференциального уравнения, описывающего теплообмен излучением, методом трапеций. Разработана методика расчета температурного режима поверхности КА.

Литература

[1] Модель эквивалентного токового контура системы электроснабжения космического аппарата в неоднородном магнитном поле Земли / В.И. Горбулин, Д.Л. Каргу, Н.Н. Астахов, П.П. Рымкевич, Г.Б. Стеганов // Труды Военно-космической академии им. А.Ф. Можайского. 2014. № 645. С. 149-153.

[2] Методика расчета компонент вектора малой силы взаимодействия токовых контуров бортовой системы электроснабжения с внешним неоднородным магнитным полем Земли / В.И. Горбулин, Н.В. Радионов, Н.Н. Астахов, Д.Л. Каргу, А.В. Немиров // Труды Военно-космической академии им. А.Ф. Можайского. 2014. № 643. С. 88-91.

[3] Залетаев В.М., Капинос Ю.В., Сургучев О.В. Расчет теплообмена космического аппарата. М.: Машиностроение, 1979. 208 с.

[4] Малоземов В.В., Рожнов В.Ф., Правецкий В.Н. Системы жизнеобеспечения экипажей летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1986. 584 с.

[5] Малоземов В.В. Тепловой режим космических аппаратов. М.: Машиностроение, 1980. 232 с.

[6] Раушенбах Г. Справочник по проектированию солнечных батарей / пер. с англ. М.: Энергоатомиздат, 1983. 360 с.

[7] Судомоин П.Д., Шабанов В.А., Платонов К.А., Каськов С.И. Исследование теплового состояния малого космического аппарата // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2016. № 2. С. 28-44. DOI: 10.18698/0236-3941-2016-2-28-44

[8] Судомоин П.Д., Платонов К.А., Щукин С.А. Математическая модель теплового состояния малого космического аппарата // Будущее машиностроения России: Сб. трудов Седьмой всерос. конф. молодых ученых и специалистов. Москва, 24-27 сентября 2014 г., МГТУ им. Н.Э. Баумана. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014. С. 194-195.

[9] Цаплин С.В., Болычев С.А., Романов А.Е. Теплообмен в космосе. Самара: Самарский университет, 2013. 56 с.

[10] Власов С.А., Мамон П.А. Теория полета космических аппаратов. СПб.: ВКА им. А.Ф. Можайского, 2007. 435 с.

[11] Голяков А.Д., Лукашевский А.А., Смирнов В.В. Системы навигации космических аппаратов. М.: МО РФ, 2003. 267 с.

[12] Попович П.Р., Скребушевский Б.С. Баллистическое проектирование космических систем. М.: Машиностроение, 1987. 239 с.

[13] Лысенко Л.Н., Панкратов И.А. Основы спутниковой навигации. М.: Воениздат, 1988. 328 с.

[14] Современные технологии навигации геостационарных спутников / Ю.М. Урлич, С.А. Ежов, А.И. Жодзишский, А.В. Круглов, Ю.Ю. Махненко. Монография. М.: Физматлит, 2006. 280 с.

[15] Чеботарев В.Е. Теневые зоны орбит искусственного спутника Луны // Исследования наукограда. 2014. № 1. С. 12-18.

[16] Сидняев Н.И., Савченко В.П., Клочкова Д.В. Физические принципы и математическая модель управления индуктивным сопротивлением спутников в ионосфере планеты // Физические основы приборостроения. 2012. Т. 1. № 4. С. 98-105.

[17] Сидняев Н.И., Глушков П.А. Длиннопериодические колебания летательных аппаратов при гиперзвуковых скоростях // Математическое моделирование и численные методы. 2014. № 1. С. 99-114. DOI: 10.18698/2309-3684-2014-1-99114