[发明专利]一种预测卫星热控涂层在轨性能退化的方法

说明书

本发明提供了一种预测卫星热控涂层在轨性能退化的方法，其包括如下步骤：S1：建立卫星在轨运行时的热控涂层材料的热平衡方程：(1)；S2：提取在轨卫星的热控涂层附近每天的温度遥测数据；S3：将S、Er₀、Ei₀、ε_h、T、代入公式(1)，利用得到每一天的α_S值；S4：绘制α_S随在轨时间的变化曲线；S5：利用α_S随时间变化的特性建立数学模型：为在轨初期的太阳吸收率；a、b、c为常数，根据不同热控涂层材料在轨衰减特性拟合得到。

技术领域

本发明涉及卫星技术领域，具体地，涉及一种卫星热控涂层材料在轨性能退化预测方法，具体为热控涂层吸收率α_S随卫星在轨时间t变化的预测方法。

背景技术

卫星热设计的目的是保证整星及星上设备在严酷的真空低温环境中工作在稳定的温度范围内。热控涂层是卫星热设计的一种重要途径，它通过喷涂在卫星表面，调整表面热辐射性质从而达到热控制的目的。吸收率和发射率是决定热控涂层性能的两个重要参数，直接影响着卫星表面吸收的热量和辐射的热量的大小，从而影响整星的温度水平。

卫星运行于复杂的空间环境中，原子氧、紫外辐照、高真空、等离子体以及微流星体与空间碎片等空间环境因素都会使热控涂层的性能退化。根据飞行经验及地面试验的结果，热控涂层的发射率在轨期间变化很小，可忽略，而吸收率会随着在轨时间不断变大，使整星吸收的热量变大，温度上升。对于长寿命卫星而言，吸收率会在长时间的空间环境作用下升高，对卫星的正常工作造成严重影响，甚至失效。因此，热控涂层的吸收率随在轨时间退化的规律研究尤其重要。

目前，热控涂层性能退化的评估通过地面试验来预测，主要有紫外辐照试验、质子辐照试验、电子辐照试验、质子电子综合辐照试验等试验方法。然而，卫星在轨期间，热控涂层遭受的是原子氧、紫外辐照、质子、电子等多种空间环境因素的综合作用，地面试验无法模拟真实的空间环境，得到的预测数据也不够准确，目前也没有一种等效到综合环境作用的试验方法。国内外文献中目前没有利用在轨数据来进行热控涂层在轨性能退化预测的方法。

发明内容

本发明解决的技术问题是，提供了一种热控涂层在轨性能退化预测方法，具体为热控涂层吸收率α_S随卫星在轨时间t变化的预测方法，该方法可以利用在轨数据来预测长寿命卫星用热控涂层在空间环境下的性能退化情况，节省地面试验费用。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种预测卫星热控涂层在轨性能退化的方法，其包括如下步骤：

S1：建立卫星在轨运行时的热控涂层材料的热平衡方程：

α_S为热控涂层的太阳吸收率；

S为太阳常数，每天的值根据WMO(世界气象组织)参考数据选取；

φ₁为太阳对热控涂层的角系数；

Er₀为地球表面太阳反射强度；

φ₂为地球反射对热控涂层的角系数；

Ei₀为地球表面平均红外辐射强度；

φ₃为地球红外辐射对热控涂层的角系数；

ε_h为热控涂层的半球向红外辐射率，对于选定的热控涂层在轨不变；

σ为斯-玻常数，σ＝5.67*10^-8W/m²·K⁴；

T为热控涂层的温度，单位为K；