[發(fā)明專利]考慮姿態(tài)的原子氧來流與迎風(fēng)面實時表征方法及裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210768494.2
• 申請日: 2022-06-30
• 公開（公告）號: CN115203922A
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊劍群;李興冀;韓煜;呂鋼
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 北京隆源天恒知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11473
• 代理人: 丁晴晴

本發(fā)明提供了一種考慮姿態(tài)的原子氧來流與迎風(fēng)面實時表征方法及裝置，所述方法包括獲取每一仿真時刻下飛行器的空間位置、運(yùn)動速度和運(yùn)行姿態(tài)，并根據(jù)位置、速度及姿態(tài)，結(jié)合原子氧環(huán)境模型和橫向風(fēng)環(huán)境模型，得到飛行器所處的原子氧數(shù)量密度環(huán)境以及橫向風(fēng)環(huán)境，并根據(jù)飛行器的速度及飛行器所處的橫向風(fēng)速度，獲得原子氧來流速度，實現(xiàn)了對復(fù)雜結(jié)構(gòu)航天器的空間原子氧環(huán)境中的考慮來流速度與飛行器自身姿態(tài)變化的正迎風(fēng)面原子氧實時表征。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及航空航天技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種考慮姿態(tài)的原子氧來流與迎風(fēng)面實時表征方法及裝置。

背景技術(shù)

原子氧是一種性質(zhì)較為活潑的氧化物質(zhì)，分布在太空中，人造飛行器在軌飛行期間可能會經(jīng)過原子氧環(huán)境，原子氧與飛行器表面材質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，會對飛行器結(jié)構(gòu)材料與關(guān)鍵部位發(fā)生原子氧侵蝕反應(yīng)，降低飛行器結(jié)構(gòu)電子等關(guān)鍵部位的可靠性。在分析原子氧與航天器相互作用時，所涉及的主要環(huán)境參數(shù)包括原子氧的能量、通量及注量，這些環(huán)境參數(shù)與航天器的飛行速度、原子氧的熱運(yùn)動速度及原子氧飛行攻角等有關(guān)。

在LEO空間，氣體分子的平均熱運(yùn)動速度本來很低，但是由于航天器的高速運(yùn)行，原子氧以大約5eV的能量撞擊航天器表面，造成材料的化學(xué)和物理性質(zhì)發(fā)生變化。航天器所用材料主要是聚合物類材料，當(dāng)原子氧撞擊材料表面時，會發(fā)生一系列物理和化學(xué)過程，例如原子氧可能是簡單地以原始的帶電狀態(tài)或改變帶電狀態(tài)從表面散射，也可能與氮原子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或者碰到航天器表面就形成激發(fā)態(tài)的一氧化氮，然后產(chǎn)生輝光而去活化；或者，原子氧在材料表面發(fā)生物理吸附，引起材料表面刻蝕；或者，原子氧也可能被在表面上或表面下的勢阱俘獲形成氧化物，也可能從表面遷移到材料基體的內(nèi)部。總之，原子氧與材料之間的作用機(jī)制復(fù)雜，是多種效應(yīng)協(xié)同作用的結(jié)果，包括原子濺射引起的表面物質(zhì)損失和化學(xué)反應(yīng)使聚合物的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。

為了對飛行器在軌運(yùn)行期間的原子氧作用進(jìn)行研究，目前主要有兩種研究方式，分別是衛(wèi)星在軌試驗研究以及地面實驗，在軌試驗存在成本高昂、測試受限因素多等缺陷，而模擬低地軌道環(huán)境比較困難，且材料的侵蝕產(chǎn)率可能受原子氧通量、原子氧積分通量、太陽射線的協(xié)同作用、原子氧沖擊能量、原子氧沖擊角度以及材料的溫度等多方面因素的影響，因此地面實驗一般也難以再現(xiàn)低地軌道的原子氧侵蝕速率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的問題是如何對空間原子氧環(huán)境進(jìn)行表征，以便于對飛行器在軌運(yùn)行期間的受到的地球大氣原子氧作用進(jìn)行研究。

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種考慮姿態(tài)的原子氧來流與迎風(fēng)面實時表征方法，包括：

獲取當(dāng)前仿真時刻飛行器的空間位置、運(yùn)動速度及運(yùn)行姿態(tài)，并獲取原子氧環(huán)境模型的控制參數(shù)和橫向風(fēng)環(huán)境模型的控制參數(shù)；

根據(jù)所述飛行器的空間位置和所述原子氧環(huán)境模型的控制參數(shù)，獲得所述飛行器所處的原子氧密度；

根據(jù)所述飛行器的空間位置和所述橫向風(fēng)環(huán)境模型的控制參數(shù)，獲得所述飛行器所處的橫向風(fēng)速度；

根據(jù)所述飛行器的運(yùn)動速度、所述飛行器所處的橫向風(fēng)速度，獲得所述飛行器所處的原子氧來流速度；

根據(jù)所述飛行器的運(yùn)行姿態(tài)、所述飛行器所處的原子氧密度、所述飛行器所處的橫向風(fēng)速度、所述飛行器所處的原子氧來流速度，對所述飛行器在軌運(yùn)行期間的空間原子氧環(huán)境仿真結(jié)果進(jìn)行分析。

一實施例中，所述獲取當(dāng)前仿真時刻飛行器的空間位置、運(yùn)動速度包括：

根據(jù)上一仿真時刻飛行器的軌道參數(shù)，使用軌道外推模型，獲得當(dāng)前仿真時刻飛行器的空間位置、運(yùn)動速度，所述軌道參數(shù)使用軌道六根數(shù)定義，所述軌道六根數(shù)包括長半軸、偏心率、傾角、升交點赤經(jīng)、近地點幅角、近地點角。

一實施例中，所述空間位置、運(yùn)動速度為所述飛行器在地心J2000慣性坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)和飛行速度。

一實施例中，所述獲取當(dāng)前時刻飛行器的運(yùn)行姿態(tài)包括：