[发明专利]火星进入器驻点热流预测方法、装置、电子设备及介质

说明书

本申请公开了一种火星进入器驻点热流预测方法、装置、电子设备及介质。该方法可以包括：确定进入器的几何和流场特征量，进而确定多组状态组合；针对每一组状态组合进行火星大气热化学非平衡流场计算，计算驻点热流值，获得样本数据集；构建神经网络模型，并根据样本数据集训练神经网络，获得最终的神经网络模型；通过最终的神经网络模型预测驻点对流热流。本发明基于平均分子自由程的网格调试和初算，基于神经网络训练等关键技术，实现准确快速火星进入器驻点热流预测。

技术领域

本发明涉及气动热环境模拟技术领域，更具体地，涉及一种火星进入器驻点热流预测方法、装置、电子设备及介质。

背景技术

火星是距离地球最近的行星，也是太阳系中被探测次数最多的行星，人类探测火星已有近60年的历史。在以往全部15次登陆火星任务中仅成功7次，失败的任务中问题多数发生在探测器的进入下降着陆阶段，即EDL（Entry-Descent-Landing），因此该过程是决定任务成败的关键。

在火星探测EDL过程中的进入段，面临的问题来自于火星特殊的大气成分和稀薄环境，其性质与地球大气差异较大，对基于地球再入建立起来的现有理论、数值和实验技术提出了新的要求。对火星大气性质的认识不充分、对火星进入气动力热特性预测的能力不足致使早期火星进入飞行器的轨道设计和热防护系统设计存在较大的不确定性，造成实际进入过程中气动参数往往很容易超出设计值或遭遇未被充分理解的物理现象，最终导致任务失败。Wright在文献中综述了有关气动热力学模型的发展和应用情况，目前对火星进入器气动热环境预测的不确定度大为改善，但在工程设计中，进入器热防护系统需要大量的进入轨道状态点对应的热环境数据用于设计，火星大气热化学非平衡流动计算耗费计算资源、计算所需时间较长，无法满足工程需求。因此往往采用工程方法给出驻点热流值，但工程方法一般为基于边界层理论的简单拟合公式，对火星大气环境的适应性有待评估，并且给出的驻点热流值精度较低，无法反映流动的非平衡特性。

因此，有必要开发一种基于神经网络的火星进入器驻点热流预测方法、装置、电子设备及介质。

公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明提出了一种火星进入器驻点热流预测方法、装置、电子设备及介质，其基于平均分子自由程的网格调试和初算，基于神经网络训练等关键技术，实现准确快速火星进入器驻点热流预测。

第一方面，本公开实施例提供了一种火星进入器驻点热流预测方法，包括：

确定进入器的几何和流场特征量，进而确定多组状态组合；

针对每一组状态组合进行火星大气热化学非平衡流场计算，计算驻点热流值，获得样本数据集；

构建神经网络模型，并根据所述样本数据集训练神经网络，获得最终的神经网络模型；

通过所述最终的神经网络模型预测驻点对流热流。

优选地，进入器的几何和流场特征量包括进入器头部曲率半径、火星大气环境密度与进入飞行速度。

优选地，针对每一组状态组合进行火星大气热化学非平衡流场计算包括：

针对头部半径飞行器进行网格划分；

根据环境密度和飞行速度开展流场初算，基于初算的飞行器表面平均分子自由程，进行网格加密与调整；

在更新网格上，针对每一组状态组合进行火星大气热化学非平衡流场计算。

优选地，通过公式（1）计算飞行器表面平均分子自由程：

（1）