Моделирование условий освещенности гермоконтейнера солнечным тепловым потоком

Условия освещенности гермоконтейнера на орбите солнечным тепловым потоком (q_s) определяются следующими факторами (рис. 2.2):

• параметром освещенности плоскости орбиты (углом );

• ориентацией гермоотсека на орбите (положения I и II);

• временем пребывания гермоконтейнера на солнечном и теневом участках орбиты( ). 

Угол освещенности плоскости орбиты , (угол между нормалью к плоскости орбиты и направлением падающего солнечного теплового потока _s), определяется из тригонометрического соотношения [17]

(2.1) 

где - наклонение и долгота восходящего узла орбиты; =23°27' - угол между плоскостью эклиптики и плоскостью экватора; = 0,9856 N_2I (N_2I - количество суток, отсчитываемых от 21 марта до текущего дня) - угол в градусах, определяющий положение Солнца на эклиптике на текущий момент.

Диапазон изменения угла — 0 < < 90°. Если по соотношению (2.1) 90°, то положение внешней нормали к плоскости орбиты должно быть изменено на противоположное:

Ориентация гермоконтейнера на орбите характеризуется ориентацией его продольной оси в подвижной орбитальной системе координат:

• в положении I продольная ось гермоконтейнера совпадает по направлению с местной вертикалью;

• в положении II продольная ось гермоконтейнера находится в плоскости местного горизонта.

В зависимости от ориентации гермоконтейнера изменяются и условия его освещенности солнечным тепловым потоком.

Например, для цилиндрической части гермоконтейнера угол освещенности (угол между направлением на солнце и внешней нормалью) составит: для положения I , для положения II .

Время пребывания ( ) гермоконтейнера на теневом (или солнечном) участках орбиты в общем случае может быть найдено с помощью уравнения Кеплера:

где , e - большая полуось и эксцентриситет эллиптической орбиты; , - моменты времени захода КА в тень Земли ( ) и выхода из нее ( ); , Е₂ - соответствующие моментам и эксцентрические аномалии.

Значения и Е₂ определяются по истинным аномалиям и по соотношению . Истинные аномалии и находятся (при известной ориентации плоскости орбиты) либо аналитически, либо с помощью геометрического построения.

В частном случае для орбит, близких к круговым (е ~ 0), на основании уравнения (2.2) может быть получено следующее приближенное соотношение для определения времени пребывания КА на теневом участке орбиты ( ):

где = 6371,1 км - радиус Земли; Н - высота круговой орбиты над поверхностью Земли; - период обращения КА на орбите, с; = 3,986-105 км³/с² - гравитационный параметр Земли.

Время пребывания КА на солнечном участке орбиты (если пренебречь наличием участка "полутени" орбиты)

.

При = 0° орбита КА полностью освещается Солнцем - "солнечная" орбита. При = 90° орбита "теневая" с максимальной продолжительностью теневого участка.

Определение угловых коэффициентов планетного облучения гермоконтейнера

Угловыми коэффициентами и определяются доля падающего на поверхность КА собственного планетного излучения ( ) и доля отраженного от планеты солнечного излучения ( ).

Исходные выражения для нахождения локальных угловых коэффициентов и - в подразд. 1.2:

где - угол, определяющий ориентацию локальной элементарной площадки поверхности; щ - угол между направлениями Земля - КА и Земля - Солнце; - телесный угол обзора планеты. 

Расчетные соотношения для осредненных значений угловых коэффициентов и зависят от формы поверхности КА, его ориентации и в общем случае достаточно сложны.

Для наиболее простой, сферической формы КА осредненные угловые коэффициенты и находятся по соотношениям [9]

где - угол между местной вертикалью и направлением, касательным к земной поверхности (угол 2 является сечением телесного угла обзора планеты); - зенитное расстояние Солнца (угол между направлениями Земля - КА и Земля — Солнце).