Practical method for calculating radiation incident upon a panel in orbit

Предложена методика расчета температур изотермических космических объек-тов сферической формы с высокой термической инерцией, движущихся по эл-липтическим орбитам в плоскости терминатора. Определен критерий, по кото-рому космический объект может быть отнесен к классу объектов с большой термической инерцией. Для указанных объектов установлены характерные раз-меры, определяющие величину полной теплоемкости и, соответственно, посто-янной термической инерции. Показана возможность замены в математической модели данных объектов реальной эллиптической орбиты эквивалентной кру-говой орбитой, что позволяет практически без потери точности заменять расче-ты нестационарных температур тяжелых космических объектов расчетами их стационарных температур. При этом решение дифференциального уравнения заменяется решением алгебраического уравнения. В результате исследований получены достаточно точные значения высоты эквивалентных круговых орбит в зависимости от высоты апогея исходной эллиптической орбиты.Ключевые слова: космический объект, коэффициент облученности, тепловой баланс объектов в околоземном космическом пространстве, тепловое излуче-ние Земли, термическая инерция космического объекта Введение. Изучение закономерностей формирования тепловых режимов космических объектов (далее -объектов), в том числе космических аппаратов (КА), является актуальным направлением исследований [1][2][3][4]. Наиболее общие закономерности выявляются на основе анализа энергетических балансов и тепловых режимов объектов канонических конфигура-ций, среди которых наиболее простыми для расчетов и обобщений являются объекты сфери-ческой формы [5][6][7][8][9][10]. В работах [5-16] подробно исследованы тепловые режимы тонко-стенных оболочечных космических объектов. К этому классу можно отнести объекты, постоянная термической инерции которых значительно меньше периода обращения объекта вокруг Земли. Динамика изменения температур таких объектов определяется изменением внешних тепловых воздействий при их движении по заданной траектории.В настоящей статье представлены результаты исследований космических объектов, об-ладающих малой и высокой термической инерцией, а также исследования закономерностей изменения температур массивных объектов с большой теплоемкостью. Особенностью по-следних является высокая термическая инерция, сопоставимая с периодом обращения объек-та вокруг Земли.

Section: ключевые слова: космический объект коэффициент облученностиunclassified

Thermal modes of space objects with high thermal inertia

Penkov¹,

Dzitoev²,

Lapovok³

et al. 2017

“…Важным научным направлением являются разработка методов теплового проектирова-ния космических аппаратов и оптико-электронных приборов космического базирования и создание методик расчета тепловых режимов космических объектов [1][2][3][4]. К практически значимым и актуальным относится также прогнозирование тепловых режимов и характери-стик собственного теплового излучения космических объектов простейших конфигураций, например астероидов [5] и искусственных объектов типовых форм.…”

Section: ключевые слова: космический объект коэффициент облученностиunclassified

Method for calculating nonstationary temperatures of isothermal space objects moving along elliptic solar-synchronized orbit

Penkov¹,

Dzitoev²,

Lapovok³

et al. 2016

Представлена методика расчета нестационарных температур изотермических космических объектов конической и цилиндрической формы, движущихся по эллиптическим орбитам в плоскости терминатора. В качестве эталонного вы-бран объект сферической формы. Методика включает уравнение движения объ-екта по эллиптической траектории, алгоритмы вычисления коэффициентов об-лученности объекта тепловым излучением Земли и уравнение нестационарного теплообмена объекта в околоземном космическом пространстве. Для объектов указанных конфигураций выявлены тепловая эквивалентность и подобие. Ключевые слова: космический объект, коэффициент облученности, тепловой баланс объектов в околоземном космическом пространстве, тепловое излуче-ние Земли, тепловое подобие космических объектовВажным научным направлением являются разработка методов теплового проектирова-ния космических аппаратов и оптико-электронных приборов космического базирования и создание методик расчета тепловых режимов космических объектов [1][2][3][4]. К практически значимым и актуальным относится также прогнозирование тепловых режимов и характери-стик собственного теплового излучения космических объектов простейших конфигураций, например астероидов [5] и искусственных объектов типовых форм. Несмотря на большое ко-личество публикаций по данным вопросам [6-17] закономерности формирования нестацио-нарных тепловых режимов космических объектов даже простейших осесимметричных кон-фигураций остаются недостаточно изученными. До настоящего времени такие исследования проводились только применительно к объектам сферической формы [11,12,14,15]. Для кос-мических объектов других типовых конфигураций исследовались лишь стационарные тепло-вые режимы (для объектов с малой термической инерцией как при солнечной подсветке, так и в тени Земли) [18].В настоящей статье представлены результаты сравнительного исследования нестацио-нарных температур оболочечных космических объектов (далее -объектов) выпуклой формы (конус, цилиндр, сфера) в зависимости от их термической инерции, определяемой толщиной стенки, при движении по эллиптической орбите вокруг Земли в условиях постоянной под-светки Солнцем в плоскости терминатора.

“…Исследование тепловых режимов движущихся в околоземном космическом пространстве (ОКП) космических объектов (КО) различных типовых конфигураций является актуальным и практически важным научным направлением. Несмотря на большое количество публикаций по этому направлению [1][2][3][4][5][6][7][8][9][10][11], закономерности формирования энергетических балансов и тепловых режимов КО остаются недостаточно изученными. При этом требуются методики расчетов, позволяющие достоверно определять значения температуры КО для раз-ных геометрических параметров объектов и различной высоты над поверхностью Земли.…”

unclassified

Conditions for Thermal Similarity of Space Objects of Conical and Cylindrical Shape

Dzitoev¹,

Lapovok²,

Khankov³

2015

Представлена методика расчета стационарных значений температур изотерми-ческих космических объектов конической и цилиндрической формы, движу-щихся по круговым орбитам в плоскости терминатора, а также находящихся в тени Земли. Исследованы условия теплового подобия объектов конической и цилиндрической формы. Установлено, что когда отношения радиуса основа-ний конического и цилиндрического объектов к их высоте равны, в случае значений половинных углов при вершине конуса 10, эти объекты имеют эквивалентные теплообменные характеристики, а также близкие значения температуры. При таких условиях значения температуры объектов цилиндри-ческой и конической формы при высоте орбиты 600-40 000 км весьма близ-ки, различие возрастает при половинных углах при вершине конуса более 20 и достигает 3 К и более. Установлено, что температура объекта сферической формы, выбранного в качестве эталонного в тех же условиях совпадает с температурой конического и сферического объектов только при углах ориен-тации осей конуса и цилиндра  = 40 и 140 на солнечно-постоянной орбите, а в тени Земли -при  = 60 и 120. Ключевые слова: космический объект, коэффициент облученности, тепловой баланс объектов в околоземном космическом пространстве, тепловое излуче-ние Земли, тепловое подобие космических объектов.Введение. Исследование тепловых режимов движущихся в околоземном космическом пространстве (ОКП) космических объектов (КО) различных типовых конфигураций является актуальным и практически важным научным направлением. Несмотря на большое количество публикаций по этому направлению [1-11], закономерности формирования энергетических балансов и тепловых режимов КО остаются недостаточно изученными. При этом требуются методики расчетов, позволяющие достоверно определять значения температуры КО для раз-ных геометрических параметров объектов и различной высоты над поверхностью Земли. Особенно актуальна разработка аналитических методов расчетов тепловых режимов КО: до настоящего времени такие исследования проводились только применительно к КО сфериче-ской формы, находящимся в тени Земли [12].Цель настоящей работы -исследование и сопоставление стационарных значений тем-пературы поверхности обладающего малой термической инерцией КО выпуклой формы (ко-нус, цилиндр, сфера), передвигающегося в ОКП в условиях постоянной подсветки Солнцем в плоскости терминатора, а также в тени Земли.