一种航天器载荷天线的热控快速评估方法与可读存储介质与流程

本发明涉及航天器，尤其涉及一种航天器载荷天线的热控快速评估方法与可读存储介质。

背景技术：

1、大型载荷天线在航天器中的应用越来越广泛，尤其是sar载荷天线和通信阵面天线，广泛用于卫星对地遥感、天基通信等星地任务。载荷天线一般安装在航天器舱外，一般与卫星平台隔热安装，深冷空间及轨道外热流的交替变化对其温度影响巨大；载荷天线一般为有源天线，具有短期工作热耗大、热流密度大的特点，天线温度过高或者过低都会使天线的性能指标下降，都会导致天线的增益、方向图等电性能指标不满足要求，进而影响航天器任务。载荷天线的散热与控温是重点难点问题：一方面工作期间短期热耗大，而天线一般对地工作，外热流较大，天线温度较高，且会形成一个较高的温度峰值；另一方面，空闲或异常模式下，天线不对地，外热流很小，且天线不工作会导致载荷天线温度很低。当前载荷天线方案设计阶段的热控设计评估都是基于外热流和热耗进行的手算评估，用于评估散热面积和热控功率指标，最后正样阶段通过商业热分析软件详细设计建模，进行详细热设计仿真得到温度结果。

2、由于在方案设计阶段没有天线内部详细模型，不能进行详细的热设计建模分析，但是方案阶段需评估好载荷天线的热控设计的合理性，给出详细阶段的热控设计建议。而现有的手算评估方法是基于稳态工况下进行的热控评估：没有考虑载荷天线的热容与短期工作的特性，没有考虑与平台舱板之间的漏热，以近似绝热方式处理，而实际过程中尽管隔热安装，天线与平台之间的漏热都不可忽视，尤其是，大型载荷天线考虑结构强度与热变形的原因而使用金属钛合金隔热垫的条件下，天线与平台之间的热耦合会更强，因此手算评估方法的评估结果很不准确，这种条件下低温工况下对整星能源要求更高，造成正样阶段的整星能源过剩设计，浪费整星的项目资源。

3、因此，如何提出一种更加准确的能快速评估载荷天线热控方案可行性的系统工具和方法，用于快速评估和迭代，是本领域技术人员所亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种航天器载荷天线的热控快速评估方法与可读存储介质。

2、本发明提供了一种航天器载荷天线的热控快速评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

3、s1、将载荷天线隔热安装在卫星平台上，以卫星平台为定温边界，设计并计算载荷天线与舱板边界之间的热导；

4、s2、通过加热回路对载荷天线进行主动控温，加热回路采用开关控温方式进行控制，加热功率以附加热源形式存在；

5、s3、载荷天线四周为绝热边界，载荷天线的传热控制方程如下：

6、

7、其中：

8、c为天线热容，t为天线温度，τ为时间，d为载荷天线与舱板边界之间的热导；

9、ta为舱板定温边界温度，as为天线散热面积；αs为散热涂层的太阳吸收比，εh为散热涂层的红外发射率，σ为黑体辐射常数；

10、qp为地球红外辐射热流，qsa为太阳辐照与地球返照热流之和，数据来源于外热流数据库；

11、为载荷天线热耗；qheater为加热回路加热功率；

12、s4、对上述传热控制方程进行数值求解：利用差分方法对传热控制方程进行离散，得到关于温度的非线性方程：

13、

14、式中：

15、ti为当前时刻的温度，为待解值；ti-1为上一时刻的温度值；δt为时间步长；天线热耗及外热流通过线性插值方式用于瞬态温度的求解，并用牛顿法对上述非线性方程进行求解，令：

16、

17、则：

18、f′(ti)＝1+dδt/c+4asεhσti3δt/c

19、迭代公式：

20、

21、式中：

22、ti+1为下一时刻的温度；ti为当前时刻的温度值；其中0时刻的温度为天线初始温度t0，因此通过牛顿法能够实现上述瞬态温度的求解；如果当前时刻温度低于控温阈值，下一时刻加热回路将开启加热qheater为回路设计功率，如果当前时刻温度高于控温阈值，下一时刻加热回路将关闭加热qheater＝0，继续用牛顿法进行求解，从而得到计算时间内的所有瞬态温度的数值仿真结果；通过统计温度稳定后的时间段的qheater的状态，计算得到加热回路占空比和热控功耗结果；

23、s5、输出分析获取载荷天线的瞬态温度曲线、稳定后的温度结果以及加热回路占空比和热控功耗结果，用于载荷天线热控方案的快速评估。

24、作为本发明的进一步改进，在步骤s1中，将载荷天线隔热安装于卫星平台舱外，对地面为裸露散热状态，四周边缘为绝热状态，载荷天线除自身热耗外还吸收来自空间的轨道外热流，最终以辐射换热的方式进行散热。

25、作为本发明的进一步改进，在步骤s5中，利用python编码并生成可执行文件，通过在用户界面中完成相关输入与运行，输出分析获取载荷天线的瞬态温度曲线、稳定后的温度结果以及加热回路占空比和热控功耗结果。

26、作为本发明的进一步改进，在步骤s1之前，获取载荷天线热控数据，包括：天线散热面积，天线热容，载荷天线热耗，载荷天线与舱板边界之间的热导、舱板定温边界温度、散热涂层的太阳吸收比和红外发射率、地球红外辐射热流、加热回路加热功率和控温阈值。

27、作为本发明的进一步改进，在步骤s1之前，获取载荷天线随时间变化的工作热耗。

28、一种可读存储介质，所述可读存储介质中存储有执行指令，所述执行指令被处理器执行时用于实现所述的方法。

29、本发明的有益效果是：提供了一种航天器载荷天线的热控快速评估方法，能快速评估载荷天线热控方案可行性，并且，更加准确。

1.一种航天器载荷天线的热控快速评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的航天器载荷天线的热控快速评估方法，其特征在于：在步骤s1中，将载荷天线隔热安装于卫星平台舱外，对地面为裸露散热状态，四周边缘为绝热状态，载荷天线除自身热耗外还吸收来自空间的轨道外热流，最终以辐射换热的方式进行散热。

3.根据权利要求1所述的航天器载荷天线的热控快速评估方法，其特征在于：在步骤s5中，利用python编码并生成可执行文件，通过在用户界面中完成相关输入与运行，输出分析获取载荷天线的瞬态温度曲线、稳定后的温度结果以及加热回路占空比和热控功耗结果。

4.根据权利要求1所述的航天器载荷天线的热控快速评估方法，其特征在于：在步骤s1之前，获取载荷天线热控数据，包括：天线散热面积，天线热容，载荷天线热耗，载荷天线与舱板边界之间的热导、舱板定温边界温度、散热涂层的太阳吸收比和红外发射率、地球红外辐射热流、加热回路加热功率和控温阈值。

5.根据权利要求1所述的航天器载荷天线的热控快速评估方法，其特征在于：在步骤s1之前，获取载荷天线随时间变化的工作热耗。

6.一种可读存储介质，其特征在于：所述可读存储介质中存储有执行指令，所述执行指令被处理器执行时用于实现如权利要求1至5中任一项所述的方法。