[發明專利]一種網狀天線衛星的光壓計算方法

有效

• 申請號: 202010931494.0
• 申請日: 2020-09-07
• 公開（公告）號: CN112163305B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發明（設計）人: 張慶君;鄭世貴;王振興;劉立平;趙峭;張馳
• 申請（專利權）人: 北京空間飛行器總體設計部
• 主分類號: G06F30/18
• 分類號: G06F30/18;G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 劉西云;李微微

本發明提供一種網狀天線衛星的光壓計算方法，忽略衛星外部構型的幾何表面、網狀天線反射型面和圓周框架外側面上的真實網格線，對三者進行重新建模；然后采用一定數量的射線模擬太陽入射光并追蹤射線路徑，得到與各射線相交的所有網格面元；最后采用網狀天線的透過率來表征與射線出發點距離不同的網格面元所受到的射線輻照度的變化，既能夠得到網狀天線上的光壓擾動分布，還能夠得到射線穿過網狀天線后在其它表面，如衛星上的光壓擾動分布，更能反映實際情況，有效解決了網狀天線引起的光壓擾動分析問題，適用于所有衛星的光壓分析。

技術領域

本發明屬于衛星總體領域，尤其涉及一種網狀天線衛星的光壓計算方法。

背景技術

光壓是光子把動量傳給物體的結果。按照光子理論，每個光子的能量為普朗克常數h與光波頻率ν的乘積，每個光子的動量為每個光子的能量除以光速C得到的值。如果每秒有N個光子垂直撞擊在物體上，且被物體完全吸收，則物體獲得的動量增量也即受到的壓力為N×hν/C。如果光子被完全反射回去，則壓力為2N×hν/C。設每秒垂直入射到單位面積上的太陽輻射強度為E₀，那么每秒垂直入射到單位面積上的光子數為E₀/hν。如果光子被物體完全吸收，則單位面積物體受到的壓力為E₀/C。

光壓可以是衛星動力源，如以光壓為動力的太陽帆；也可以是影響衛星正常運行的擾動源，如光壓的長期作用會使衛星軌道和姿態漸漸偏離要求的標稱運動，特別是對軌道和姿態要求高的衛星，光壓已成為不能忽略的因素。

對于非網狀天線衛星，已有較成熟的光壓分析方法，但由于光壓影響因素較多(衛星幾何模型、表面反射系數、數值處理方法等)，分析結果精度較低，而網狀天線衛星的幾何模型更加復雜，如果沒有合適的幾何建模方法與數值計算方法，不但分析結果精度低，而且計算效率也會很差。因此本發明提出一種適用于網狀天線衛星高精度的光壓分析方法。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供一種網狀天線衛星的光壓計算方法，能夠快速重構衛星外部構型的幾何表面、網狀天線反射型面和圓周框架外側面，得到射線在網狀天線以及穿過網狀天線后在其它表面上的光壓擾動分布。

一種網狀天線衛星的光壓計算方法，其中，所述網狀天線包括反射型面和圓周框架，所述方法包括以下步驟：

S1：獲取衛星外部構型的幾何表面、反射型面各真實網格所在平面組成的虛擬型面以及圓周框架外側面各真實網格所在平面組成的虛擬圓周面，再將所述幾何表面、虛擬型面以及虛擬圓周面進行網格劃分，得到多個網格面元；

S2：采用設定數量的射線從指定方向模擬太陽光入射到幾何表面、虛擬型面以及虛擬圓周面上；

S3：分別將各射線作為當前射線執行網格面元獲取操作，得到網格面元序列，其中，所述網格面元獲取操作為：

采用三角形面積坐標法獲取與當前射線相交的所有網格面元，將與當前射線相交的各網格面元按照與當前射線出發點的距離由近及遠進行排序，得到備選網格面元序列；

判斷備選網格面元序列是否存在屬于幾何表面的網格面元，若不存在，則將備選網格面元序列直接作為最終的網格面元序列；若存在，則將與當前射線出發點的距離最近的、且屬于幾何表面的網格面元和排列在該網格面元前面的所有網格面元作為最終的網格面元序列；

S4：分別將各網格面元序列作為當前網格面元序列執行光壓獲取操作，得到網狀天線衛星的光壓分布，其中，所述光壓獲取操作為：

根據當前網格面元序列中各網格面元受到的射線輻照強度，依次計算各網格面元受到的光壓力，其中，除排在第一的網格面元受到的射線輻照強度為太陽的原始強度外，其他網格面元受到的射線輻照強度為其前一個網格面元受到的輻射強度與網狀天線透光率的乘積。

進一步地，所述網格面元受到的光壓力的計算方法為：