【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及空间科学探测器精密控温，具体地，涉及一种面向非均匀不连续空间探测仪器的优化精密控温方法及系统。同时涉及一种相应的计算机终端和计算机可读存储介质。
技术介绍
1、在空间科学探测器，特别是空间望远镜的温度控制方面，现有技术主要采取了主动与被动温度控制技术的结合方式。这种结合方式旨在充分利用两种控温技术各自的优势，以达到更高的温度控制精度和稳定性。
2、被动温度控制通过材料和设计来最小化外部环境对设备温度的影响，不依赖于外部能源，因而具有高可靠性和低能耗特点。主动温度控制则可以根据实时的温度变化，通过加热或制冷等手段进行快速调节，提供了调控的灵活性和精确性。二者结合可以实现在保证可靠性的同时，有效应对复杂多变的空间环境。
3、常用被动控温技术有，①多层绝热材料(mli)：为空间相机提供良好的热绝缘，减少外部热环境对相机内部温度的影响；②热反射涂层：在相机表面施加特殊的热反射涂层，减少太阳辐射吸收，降低热负荷；③热隔板：使用热隔板隔离热源(如电子设备发热)与敏感元件(如光学元件)，减少热传导。
4、现有主动控温技术有，①电加热系统：通过电加热器对空间相机的关键部件进行加热，保持其在特定的温度范围内，尤其适用于极端冷环境或需要快速温度调节的场合；②制冷系统：对于红外相机等需要工作在低温下的设备，可能会采用机械制冷或peltier制冷等技术进行主动冷却，以达到所需的低温工作条件。
5、尽管主被动结合的温度控制方法具有上述优点，但现有设计方法大多基于均匀、连续的被控对象提出的。这意
6、现有空间望远镜精密控温方法面临着无法适应复杂控温对象、难以减小温度梯度、易受外界干扰等问题，同时也难以满足不同科学任务对温度控制的特定需求。基于主被动结合的控温方法往往脱离传热模型，无法充分理解热量传递规律，且控温方法的颗粒度尚未细化到执行部件层面。此外，现有的空间望远镜精密控温方法在研究过程中未能充分量化工艺可行性、兼顾控温性能与工艺难度，导致理论计算值与实际测试结果存在较大差距。这些问题限制了望远镜的观测性能和可靠性。
技术实现思路
1、本专利技术针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种面向非均匀不连续空间探测仪器的控温方法及系统。同时提供了一种相应的计算机终端和计算机可读存储介质。
2、根据本专利技术的一个方面，提供了一种面向非均匀不连续空间探测仪器的控温方法，包括：
3、将空间探测仪器的主动控温加热器设计为第一类加热器和第二类加热器，得到加热器理想模型；其中，所述第一类加热器采用变功率密度加热器；所述第二类加热器采用系统传统加热器；
4、基于所述空间探测仪器构型，建立数学传热模型；
5、基于所述数学传热模型，对热量传递的规律及影响温度场分布的因素进行分析，获得热量传递特性，确定针对第一类加热器的以径向主动控温为核心的温控目标；
6、基于所述数学传热模型和所述温控目标，采用贝尔曼最优化算法，根据控温需求配置第一类加热器的相应权重参数，得到最优的功率密度参数，进而对空间探测仪器进行控温。
7、优选地，所述基于所述空间探测仪器构型，建立数学传热模型，包括：
8、基于空间探测仪器构型，利用热网络方法建立数学传热模型；其中：
9、设定所述数学热传模型的关键节点，包括：空间探测仪器的轮毂辐条相应区域n0和镜片n1；
10、设定所述数学热传模型的边界节点，包括：空间探测仪器的轮毂辐条相应区域边界n2、辐条相应区域边界n3、镜片径向边界n4、镜片径向边界n5、镜片下端轴向边界n6和准直器n7；
11、根据传热关系，建立辐条和镜片温度的状态空间方程为：
12、
13、其中：
14、t＝[t0 t1]t
15、
16、
17、u＝[t2 t3 t4 t5 t6 t7 q]t
18、式中，为空间探测仪器系统的温度变化率，a为空间探测仪器系统参数矩阵，b为空间探测仪器系统控制矩阵，t为空间探测仪器系统的温度向量，u为空间探测仪器系统控制向量，t0～t7分别为空间探测仪器系统不同节点的温度，与n0～n7编号对应，为换热因子，m，n分别为节点号，q为加热功率。
19、优选地，所述基于所述数学传热模型，对热量传递的规律及影响温度场分布的因素进行分析，获得热量传递特性，确定针对第一类加热器的以径向主动控温为核心的温控目标，包括：
20、基于所述数学传热模型，对热环境进行确定，使得空间探测仪器的镜片温度场稳定在某一区域；
21、随着时间增加镜片温度t1，使得所述镜片温度t1无限趋于平衡点温度t1*，得到：
22、
23、其中，为导热换热因子，为辐射换热因子；
24、根据所述数学传热模型的物理参数和边界条件，分析换热因子之间的比例关系，获得空间探测仪器的径向热环境的温度范围；
25、针对第一类加热器的温度控制目标，基于环境温度及换热因子进行如下差异化设计：
26、设所有镜片的温度应相等，满足t*1＝t4＝t5，则：
27、
28、根据镜片位置分布的特点，将辐条划分为54个网格；
29、当空间探测仪器系统稳定后，通过式(1)，得到辐条的平衡点温度t0*为：
30、
31、其中，为空间探测仪器的轮毂辐条与镜片间的导热换热因子，为辐条本体导热换热因子，为辐条与准直器间的辐射换热因子，为热量补偿因子；
32、设镜片温度t1＝t*1，结合式(4)，得到热补偿期望值q*为：
33、
34、得到以径向主动控温为核心的温控目标。
35、优选地，所述基于所述数学传热模型和所述温控目标，采用贝尔曼最优化算法，根据需求配置针对第一类加热器的的相应权重参数，得到最优的功率密度参数，包括：
36、基于所述数学传热模型，将模型扩展至空间探测仪器的r个镜片和整根辐条，得到具有2r个状态变量的热模型为：
37、
38、设置权重参数，包括：均值偏差s1、最大偏差s2、区域个数s3和区域最小长度s4；
39、执行以下步骤：
40、m1，采用p种划分方法，将所述第一类加热器分成k个区域，每个区域长度≥设定长度阈值，各区域的热流密度取本区域对应q*的均值；
41、m2，计算控制变量u以及各镜片对应区域的补偿热量qn；其中：
42、计算各区域长度l[m]为：
43、
44、式中，li为第i个镜片对应的区域网格长度，im为第m区域中最大本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种面向非均匀不连续空间探测仪器的控温方法，其特征在于，包括：将空间探测仪器的主动控温加热器设计为第一类加热器和第二类加热器，得到加热器理想模型；其中，所述第一类加热器采用变功率密度加热器；所述第二类加热器采用系统传统加热器；
2.根据权利要求1所述的面向非均匀不连续空间探测仪器的控温方法，其特征在于，所述基于所述空间探测仪器构型，建立数学传热模型，包括：
3.根据权利要求1所述的面向非均匀不连续空间探测仪器的控温方法，其特征在于，所述基于所述数学传热模型，对热量传递的规律及影响温度场分布的因素进行分析，获得热量传递特性，确定针对第一类加热器的以径向主动控温为核心的温控目标，包括：
4.根据权利要求1所述的面向非均匀不连续空间探测仪器的控温方法，其特征在于，所述基于所述数学传热模型和所述温控目标，采用贝尔曼最优化算法，根据需求配置第一类加热器的相应权重参数，得到最优的功率密度参数，包括：
5.根据权利要求4所述的面向非均匀不连续空间探测仪器的控温方法，其特征在于，还包括如下任意一项或任意多项：
6.根据权利要求1-5
7.一种面向非均匀不连续空间探测仪器的控温系统，其特征在于，包括：
8.根据权利要求7所述的面向非均匀不连续空间探测仪器的控温系统，其特征在于，还包括：
9.一种计算机终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，该处理器执行该计算机程序时可用于执行权利要求1-5中任一项所述的方法，或，运行权利要求7所述的系统。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时可用于执行权利要求1-7中任一项所述的方法，或，运行权利要求8所述的系统。
...【技术特征摘要】
1.一种面向非均匀不连续空间探测仪器的控温方法，其特征在于，包括：将空间探测仪器的主动控温加热器设计为第一类加热器和第二类加热器，得到加热器理想模型；其中，所述第一类加热器采用变功率密度加热器；所述第二类加热器采用系统传统加热器；
2.根据权利要求1所述的面向非均匀不连续空间探测仪器的控温方法，其特征在于，所述基于所述空间探测仪器构型，建立数学传热模型，包括：
3.根据权利要求1所述的面向非均匀不连续空间探测仪器的控温方法，其特征在于，所述基于所述数学传热模型，对热量传递的规律及影响温度场分布的因素进行分析，获得热量传递特性，确定针对第一类加热器的以径向主动控温为核心的温控目标，包括：
4.根据权利要求1所述的面向非均匀不连续空间探测仪器的控温方法，其特征在于，所述基于所述数学传热模型和所述温控目标，采用贝尔曼最优化算法，根据需求配置第一类加热器的相应权重参数，得到最优的功...
【专利技术属性】
技术研发人员：张晓峰，冯建朝，廖星，张永合，
申请(专利权)人：中国科学院微小卫星创新研究院，
类型：发明
国别省市：
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