空间原子氧环境表征方法、装置、计算机设备及存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种空间原子氧环境表征方法、装置、计算机设备及存储介质，属于航空航天技术领域。所述方法包括获取卫星当前时刻的空间位置坐标、运行速度、运行姿态、时间参数，然后根据运行位置、速度及姿态，结合原子氧环境模型和水平风环境模型，获取航天器任务期间实时在轨位置的原子氧数量密度数据、风速数据、航天器自身的复杂结构数据，根据这些数据实现了对空间原子氧环境的实时表征，解决了考虑航天器结构形状的原子氧效应问题。天器结构形状的原子氧效应问题。天器结构形状的原子氧效应问题。

【技术实现步骤摘要】
空间原子氧环境表征方法、装置、计算机设备及存储介质


[0001]本专利技术涉及航空航天
，具体而言，涉及一种空间原子氧环境表征方法、装置、计算机设备及存储介质。

技术介绍

[0002]作为地球高层大气的重要组分，原子氧对低地球轨道运行的航天器会产生严重威胁，包括：原子氧撞击航天器表面时可能会发生弹性镜面反射或漫散射，原子氧可能会与附着在航天器表面的物质发生反应，例如原子氧与NO高速碰撞会形成激发态的氮氧化合物(NO
2*
)，当NO
2*
从航天器表面解析并恢复到基态的NO2时，会将激发的能量以光子形式释放，产生橙红色辉光，这会影响航天器的隐蔽性。由此可见，空间原子氧环境对在轨运行的空间飞行器会产生严重的影响，不仅影响飞行器在轨运行期间的可靠性和寿命，也会影响飞行器上包括有效载荷在内的各子系统的正常运行，因此有必要对飞行器在轨运行期间的原子氧作用进行研究。
[0003]目前主要有两种研究方式，第一种是卫星在轨试验，这种方式由于卫星由火箭发射，存在成本高昂、搭载试验数量有限难以测试全部材料等缺陷，且受卫星姿轨任务限制，难以测试空间全部区域的卫星轨道下的原子氧效应影响结果。
[0004]第二种是地面实物试验，卫星在地面实验室内环境下研究原子氧对卫星的影响，但其无法实现空间卫星在轨运行期间复杂的原子氧真实环境，无法考虑飞行器轨道姿态变化对原子氧效应的影响，无法考虑卫星、地球、太阳相对位置对卫星原子氧效应的变化影响。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是如何对空间原子氧环境进行表征，以便于对飞行器在轨运行期间的原子氧作用进行研究。
[0006]为解决上述问题，本专利技术提供一种空间原子氧环境表征方法，包括：
[0007]获取卫星当前时刻的空间位置坐标、时间参数、运行速度、运行姿态、原子氧环境模型的控制参数和水平风环境模型的控制参数；
[0008]根据所述卫星当前时刻的所述空间位置坐标、所述时间参数和所述原子氧环境模型的控制参数，获得所述卫星当前所处的原子氧密度；
[0009]根据所述卫星当前时刻的所述空间位置坐标、所述时间参数和所述水平风环境模型的控制参数，获得所述卫星当前所处的经向风速和纬向风速；
[0010]根据所述卫星当前时刻的所述空间位置坐标、所述运行速度和所述运行姿态，获得所述卫星的当前结构模型；
[0011]根据所述原子氧密度、所述经向风速和所述纬向风速、所述卫星的所述当前结构模型，对空间原子氧环境进行表征。
[0012]较佳地，获取所述空间位置坐标和所述运行速度，包括：
[0013]获取当前时刻所述卫星的开普勒轨道六根数；
[0014]根据所述开普勒轨道六根数获取当前时刻所述卫星的所述空间位置坐标和所述运行速度，其中，所述开普勒轨道六根数包括长半轴、偏心率、倾角、升交点赤经、近地点幅角、近地点角，所述轨道动力学模型包括SGP4S轨道外推模型。
[0015]较佳地，获取所述运行姿态，包括：
[0016]获取当前时刻所述卫星的姿态四元数，所述姿态四元数用以表征所述卫星的运行姿态，其中，所述卫星的姿态四元数q为：
[0017][0018]其中，q1、q2、q3为矢量分量，q0为标量分量，且q
12
+q
22
+q
32
+q
02
＝1，α为轨道坐标系绕空间旋转轴e旋转至与卫星本体坐标系重合所需的角度，其中，所述空间旋转轴e在所述轨道坐标系中的方向向量为e＝(C
x
,C
y
,C
z
)，(C
x
,C
y
,C
z
)表示方向余弦。
[0019]较佳地，所述时间参数以儒略日表示，所述儒略日根据第四公式计算得到，所述第四公式包括：
[0020][0021]其中，JD表示儒略日，INT表示取整，Year表示公历计时法中的年，Month表示月，Day表示日，Hour表示小时，Minute表示分钟，Second表示秒。
[0022]较佳地，所述根据所述卫星当前时刻的所述空间位置坐标、所述时间参数和所述原子氧环境模型的控制参数，获得所述卫星当前所处的原子氧密度包括：
[0023]获取大气模型的输入参数，
[0024]根据所述大气模型的输入参数、所述卫星当前时刻的所述空间位置坐标和所述时间参数，得到所述大气模型的输出参数，
[0025]根据所述大气模型的输出参数描述所述卫星当前所处的原子氧密度，
[0026]其中，所述大气模型的输入参数包括：当年1月1日至当天的天数、当天00:00:00至求解时刻的秒数、地理经度、地理纬度、海拔、前一天的太阳10.7cm辐射流量、81d的平均太阳10.7cm辐射流量、根据当天平均地磁指数和求解时刻之前的20个3h平均地磁指数获得的8位数组，
[0027]所述大气模型的输出参数包括：N2、O2、He、Ar、N、H、O和电离层正氧离子O
+
的数量密度、中性大气温度和总体大气密度。
[0028]较佳地，所述根据所述卫星当前时刻的所述空间位置坐标、所述时间参数和所述
水平风环境模型的控制参数，获得所述卫星当前所处的经向风速和纬向风速包括：
[0029]获取水平风环境模型的输入参数，
[0030]根据所述水平风环境模型的输入参数、所述卫星当前时刻的所述空间位置坐标和所述时间参数，得到所述水平风环境模型的输出参数，
[0031]根据所述水平风环境模型的输出参数描述所述卫星当前所处的经向风速和纬向风速，
[0032]其中，所述水平风环境模型的输入参数包括：当年1月1日至当天的天数、当天00:00:00至求解时刻的秒数、地理经度、地理纬度、海拔、前一天的太阳10.7cm辐射流量、81d的平均太阳10.7cm辐射流量、根据当天平均地磁指数和求解时刻之前的20个3h平均地磁指数获得的8位数组，
[0033]所述水平风环境模型的输出参数包括经向风速和纬向风速。
[0034]较佳地，所述空间位置坐标为所述卫星在地心J2000坐标系下的三维坐标，所述地理经度和所述地理纬度是根据所述三维坐标及坐标系变换得到的所述卫星在WGS
‑
84坐标系下的经纬高坐标。
[0035]本专利技术还提供一种空间原子氧环境表征装置，包括：
[0036]获取单元，用于获取卫星当前时刻的空间位置坐标、时间参数、运行速度、运行姿态、原子氧环境模型的控制参数和水平风环境模型的控制参数，
[0037]卫星所处原子氧环境生成单元，用于根据所述卫星当前时刻的所述空间位置坐标、所述时间参数和所述原子氧环境模型的控制参数，获得所述卫星当前所处的原子氧密度，
[0038]卫星所处风速环境生成单元，用于根据所述卫星当前时刻的所述空间位置坐标、所述时间参数和所述水平风环境模型的控本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空间原子氧环境表征方法，其特征在于，包括：获取卫星当前时刻的空间位置坐标、时间参数、运行速度、运行姿态、原子氧环境模型的控制参数和水平风环境模型的控制参数；根据所述卫星当前时刻的所述空间位置坐标、所述时间参数和所述原子氧环境模型的控制参数，获得所述卫星当前所处的原子氧密度；根据所述卫星当前时刻的所述空间位置坐标、所述时间参数和所述水平风环境模型的控制参数，获得所述卫星当前所处的经向风速和纬向风速；根据所述卫星当前时刻的所述空间位置坐标、所述运行速度和所述运行姿态，获得所述卫星的当前结构模型；根据所述原子氧密度、所述经向风速和所述纬向风速、所述卫星的所述当前结构模型，对空间原子氧环境进行表征。2.根据权利要求1所述的空间原子氧环境表征方法，其特征在于，所述获取空间位置坐标和所述运行速度，包括：获取当前时刻所述卫星的开普勒轨道六根数；根据所述开普勒轨道六根数获取当前时刻所述卫星的所述空间位置坐标和所述运行速度，其中，所述开普勒轨道六根数包括长半轴、偏心率、倾角、升交点赤经、近地点幅角、近地点角，所述轨道动力学模型包括SGP4S轨道外推模型。3.根据权利要求1所述的空间原子氧环境表征方法，其特征在于，所述获取运行姿态包括：获取当前时刻所述卫星的姿态四元数，所述姿态四元数用以表征所述卫星的运行姿态，其中，所述卫星的姿态四元数q为：其中，q1、q2、q3为矢量分量，q0为标量分量，且q
12
+q
22
+q
32
+q
02
＝1，α为轨道坐标系绕空间旋转轴e旋转至与卫星本体坐标系重合所需的角度，其中，所述空间旋转轴e在所述轨道坐标系中的方向向量为e＝(C
x
,C
y
,C
z
)，(C
x
,C
y
,C
z
)表示方向余弦。4.根据权利要求1所述的空间原子氧环境表征方法，其特征在于，所述时间参数以儒略日表示，所述儒略日根据第四公式计算得到，所述第四公式包括：其中，JD表示儒略日，INT表示取整，Year表示公历计时法中的年，Month表示月，Day表
示日，Hour表示小时，Minute表示分钟，Second表示秒。5.根据权利要求1所述的空间原子氧环境表征方法，其特征在于，所述根据所述卫星当前时刻的所述空间位置坐标、所述时间参数和所述原子氧环境模型的控制参数，获得所述卫星当前所处的原子氧密度包括：获取大气模型的输入参数，根据所述大气模型的输入参数、所述卫星当前时刻的所述空间位置坐标和所述时间参数，得到所述大气模型的输出参数，根据所述大气模型的输出参数描述所述卫星当前所处的原子氧密度，其中，所述大气模型的输入参数包括：当年1月1日至当...

【专利技术属性】
技术研发人员：李兴冀，韩煜，杨剑群，吕钢，魏亚东，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：