一种卫星光学系统的热控方法、装置、设备及存储介质与流程

本发明涉及热控，尤其涉及一种卫星光学系统的热控方法、装置、设备及存储介质。

背景技术：

1、卫星光学系统是实现卫星功能的重要组成部分，卫星在太空中运行时会受太阳照射、辐射等影响，导致卫星温度升高，由于卫星在运转时有向阳面与背阳面，向阳面受阳光照射导致温度升高，背阳面处于太空环境温度较低，因此卫星整体会出现较大的温度梯度。温度梯度作用在卫星材料上会产生温度应力，使得光学、机械等材料发生变形，从而导致卫星光学系统无法正常运行、卫星失效。

2、因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种卫星光学系统的热控方法、装置、设备及存储介质，旨在解决现有卫星在太空中运行时因卫星光学系统存在较大温度梯度而导致无法正常运行的问题。

2、本发明第一方面提供了一种卫星光学系统的热控方法，包括：通过有限元分析将太阳模拟成热源，并将卫星光学系统划分成多个模块，计算卫星光学系统绕轨道运行一周时模块中的每个组成部件的温度；将单个组成部件的温度以时间为轴绘成一条曲线，得到单个组成部件的温度曲线，组成部件的温度随时间的变化记为t(t)；将模块中所有组成部件的温度曲线绘制在一张图上，得到模块温度曲线图；基于所述模块温度曲线图以及预设温差阈值，确定单个模块中需要加热的组成部件以及最低加热温度值；基于单个组成部件的温度曲线以及最低加热温度值对需要加热的组成部件进行实时加热。

3、可选的，在本发明第一方面的第一种实现方式中，基于所述模块温度曲线图以及预设温差阈值，确定单个模块中需要加热的组成部件以及最低加热温度值的步骤包括：基于所述模块温度曲线图找到组成部件的最高温度tmax；将所述组成部件的最高温度tmax减去所述预设温度阈值，得到最低加热温度值t0；以所述最低加热温度值作为基准，将所述模块温度曲线图中出现的温度小于所述最低加热温度值t0的组成部件确定为需要加热的组成部件。

4、可选的，在本发明第一方面的第二种实现方式中，基于单个组成部件的温度曲线以及最低加热温度值对需要加热的组成部件进行实时加热，包括步骤：将最低加热温度值t0减去需要加热的组成部件温度t(t)，得到组成部件需要升高的温度，记为t0-t(t)；根据所述组成部件需要升高的温度确定加热功率为：τ＝c*m*f(t)'，其中，c为需要加热的组成部件的比热容，m为需要加热的组成部件的质量，f(t)′为组成部件需要升高的温度与时间的导数；基于确定的加热功率对需要加热的组成部件进行实时加热。

5、可选的，在本发明第一方面的第三种实现方式中，在确定加热功率后还包括步骤：基于所述加热功率对需要加热的组成部件进行加热，并通过有限元分析重新计算卫星光学系统绕轨道运行一周时模块中的每个组成部件的温度；判断模块中组成部件的最高温度与进行加热的组成部件的温度差值是否满足小于预设温差阈值；若满足，则保持所述加热功率对需要加热的组成部件进行加热；若不满足，则将所述加热功率乘以系数k，重新计算直至组成部件的最高温度与进行加热的组成部件的温度差值小于预设温差阈值。

6、可选的，在本发明第一方面的第四种实现方式中，通过有限元分析将太阳模拟成热源，并将卫星光学系统划分成多个模块，计算卫星光学系统绕轨道运行一周时模块中的每个组成部件的温度，包括步骤：使用fea软件中的建模工具，根据卫星光学系统的实际设计建立三维几何模型；在fea软件中通过定义边界条件模拟太阳辐射，并通过网格划分工具将所述三维几何模型按照模块组成划分成组成部件；选择瞬态热分析类型，并设置时间步长和总时间，根据卫星光学系统与太阳之间的相对位置，计算卫星光学系统绕轨道运行一周时太阳辐射到卫星光学系统各组成部件上的温度。

7、可选的，在本发明第一方面的第五种实现方式中，所述卫星光学系统与太阳之间的相对位置包括：卫星光学系统的轨道位置和姿态。

8、本发明第二方面提供了一种卫星光学系统的热控装置，包括：模拟模块，用于通过有限元分析将太阳模拟成热源，并将卫星光学系统划分成多个模块，计算卫星光学系统绕轨道运行一周时模块中的每个组成部件的温度；曲线绘制模块，用于将单个组成部件的温度以时间为轴绘成一条曲线，得到单个组成部件的温度曲线，组成部件的温度随时间的变化记为t(t)；曲线图绘制模块，用于将模块中所有组成部件的温度曲线绘制在一张图上，得到模块温度曲线图；确定模块，用于基于所述模块温度曲线图以及预设温差阈值，确定单个模块中需要加热的组成部件以及最低加热温度值；加热模块，用于基于单个组成部件的温度曲线以及最低加热温度值对需要加热的组成部件进行实时加热。

9、本发明第三方面提供了一种卫星光学系统的热控设备，包括：存储器和至少一个处理器，所述存储器中存储有计算机可读指令，所述存储器和所述至少一个处理器通过线路互连；所述至少一个处理器调用所述存储器中的所述计算机可读指令，以使得所述卫星光学系统的热控设备执行如上所述卫星光学系统的热控方法的各个步骤。

10、本发明的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机可读指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如上所述卫星光学系统的热控方法的各个步骤。

11、有益效果：本发明提供了一种卫星光学系统的热控方法，通过有限元分析计算并确定卫星光学系统中各组成部件在不同轨道位置的受热情况，再根据计算结果，对温度较低的组成部件进行实时加热，从而减小卫星光学系统中低温组成部件与高温组成部件之间的温度梯度，保证卫星光学系统的正常运转。

技术特征：

1.一种卫星光学系统的热控方法，其特征在于，包括步骤：

2.根据权利要求1所述卫星光学系统的热控方法，其特征在于，基于所述模块温度曲线图以及预设温差阈值，确定单个模块中需要加热的组成部件以及最低加热温度值的步骤包括：

3.根据权利要求2所述卫星光学系统的热控方法，其特征在于，基于单个组成部件的温度曲线以及最低加热温度值对需要加热的组成部件进行实时加热，包括步骤：

4.根据权利要求3所述卫星光学系统的热控方法，其特征在于，在确定加热功率后还包括步骤：

5.根据权利要求1所述卫星光学系统的热控方法，其特征在于，通过有限元分析将太阳模拟成热源，并将卫星光学系统划分成多个模块，计算卫星光学系统绕轨道运行一周时模块中的每个组成部件的温度，包括步骤：

6.根据权利要求5所述卫星光学系统的热控方法，其特征在于，所述卫星光学系统与太阳之间的相对位置包括：卫星光学系统的轨道位置和姿态。

7.一种卫星光学系统的热控装置，其特征在于，包括：

8.一种卫星光学系统的热控设备，其特征在于，包括存储器和至少一个处理器，所述存储器中存储有计算机可读指令；

9.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机可读指令，其特征在于，所述计算机可读指令被处理器执行时实现如权利要求1-6中任一项所述卫星光学系统的热控方法的各个步骤。

技术总结
本发明涉及热控技术领域，公开了一种卫星光学系统的热控方法、装置、设备及存储介质。该方法包括：通过有限元分析将太阳模拟成热源，计算卫星光学系统绕轨道运行一周时模块中的每个组成部件的温度；将模块中所有组成部件的温度曲线绘制在一张图上，得到模块温度曲线图；基于模块温度曲线图以及预设温差阈值，确定单个模块中需要加热的组成部件以及最低加热温度值；基于组成部件的温度曲线以及最低加热温度值对需要加热的组成部件进行实时加热。本发明提供的热控方法能够减小卫星光学系统中低温组成部件与高温组成部件之间的温度梯度，保证卫星光学系统的正常运转，且其加热功率会随着时间发生变化，做到按需加热，避免功率浪费。

技术研发人员：谢新旺,李骏驰,李延伟,李建杰,张士亨,殷龙海,谢虹波
受保护的技术使用者：季华实验室
技术研发日：
技术公布日：2024/9/29