一种火星探测的热分析方法与流程

1.本发明涉及航天器热控制的技术领域，具体地，涉及一种火星探测的热分析方法。


背景技术：

2.随着航天技术的发展，人类不断开展深空探测任务，带动着深空探测技术的发展，火星是地球的近邻行星，在太阳系内其昼夜时间、自然环境与地球最为相似，成为人类寻找地外生命的首选行星。
3.传统近地卫星运行于地球轨道，在轨的有高、中及低轨等卫星，在轨飞行经验成熟，轨道的光照及阴影条件比较明确，热控分析方法相对成熟，继承性较高。
4.与近地卫星相比，火星探测热控存在以下两方面的特点：一是我国没有探测器抵达过火星，缺乏在轨数据参考，相关参数均是查阅国内外公开文献资料所得，探测器运行的火星轨道及光照条件等不确定性较高；二是火星探测存在地火转移、捕获火星、进出火影、长时间火影和姿态调整等重要过程，上述过程要经受复杂多变的、恶劣的深空热环境，对火星探测的热分析能力提出了更高的要求，要求热控系统在有限的资源条件下计算精度更高、热控适应性更强，且需满足整个过程探测器的温控需求。
5.在公开号为cn109238340a的中国发明专利中公开了一种火星探测器产品的综合环境试验系统，用于模拟火星表面“气体氛围—气压—温度”综合环境的试验系统，主要包括真空室、高低温室、温控系统和压控系统，通过高低温室、温控系统和压控系统实现火星环境下的综合环境设置，达到真空室内火星探测器产品环境温度条件。
6.针对火星探测轨道的热环境复杂、姿态变化多、探测火星经验欠缺的特点，提出了能够适用于火星探测的热分析方法。


技术实现要素：

7.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种火星探测的热分析方法。
8.根据本发明提供的一种火星探测的热分析方法，包括如下步骤：
9.步骤s1：将火星探测从近地飞往火星的过程提炼成多个工况；
10.步骤s2：每个工况均包含不同的运行姿态，轨道外热流各不相同，预测探测器各个工况的温度范围；
11.步骤s3：将探测器上各大部件的有限元模型耦合在一起，联合热仿真分析。
12.优选地，所述步骤s1中的火星探测从近地飞往火星的过程的工况为六个。
13.优选地，所述六个工况包括：地火转移工况、捕获工况、停泊轨道工况、环火高温工况、环火低温工况和环火安全模式工况。
14.优选地，所述地火转移工况为模拟探测器发射直至飞到距离火星100万公里的过程；
15.优选地，所述捕获工况为模拟探测器达到火星并被火星捕获的过程。
16.优选地，所述停泊轨道工况为模拟探测器在停泊轨道上运行的过程；所述环火高
温工况为模拟探测器在环火轨道上光照角最大时的过程。
17.优选地，所述环火低温工况为模拟探测器在环火轨道上有最长阴影期的过程；
18.优选地，所述环火安全模式工况为模拟探测器进入安全模式时的运行过程。
19.优选地，所述步骤s2中工况包含不同的运行姿态，轨道外热流各不相同，所述地火转移工况、捕获工况和停泊轨道工况时均为+x对日定向，所述环火高温工况和环火低温工况均为
‑
z对日定向，所述环火安全模式工况为+x对日定向。
20.优选地，所述步骤s3中的联合热仿真分析中将探测器有限元模型、定向天线有限元模型、x中继有限元模型和着陆器有限元模型耦合在一起联合热仿真分析。
21.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
22.1、本发明的热分析方法创新的将探测器飞往火星的整个过程提炼成几个典型工况，涵盖了探测器奔赴火星过程中的各种高低温工况，使热试验工况减少，节省热试验资源；
23.2、本发明的典型工况均包含了不同的运行姿态，分析工况覆盖全面，将探测器在轨工作模式分析的更准确，预测了在轨温度范围，为后续优化设计奠定了基础；
24.3、本发明的联合热仿真分析考虑到了各自对探测器的热影响以及探测器对各大部件的热影响，热分析计算结果更精确。
附图说明
25.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
26.图1是本发明火星探测器典型工况的组成图；
27.图2是本发明联合热分析模型图。
28.其中：
29.着陆巡视器1
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定向天线3
30.环绕器2
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x中继天线4
具体实施方式
31.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
32.本发明解决的问题是火星探测轨道热环境复杂、姿态变化多、探测火星经验欠缺的情况下，仍然要求热控系统具有高精度的热分析能力，使得能够将探测器的温度控制在合适的温度范围内。为解决所述问题，本发明提出了一种火星探测的热分析方法，主要包含三个方面：将火星探测从近地飞往火星的整个过程提炼成6个典型工况；每个工况均包含不同的运行姿态，并且轨道外热流各不相同，预测了探测器各个工况的温度范围；将探测器上各大部件的有限元模型耦合在一起，联合热仿真分析。将工况设置为地火转移工况、捕获工况、停泊轨道工况、环火高温工况、环火低温工况、环火安全模式工况。
33.地火转移工况模拟探测器发射直至飞到距离火星100万公里的过程，捕获工况模
拟探测器达到火星并被火星捕获的过程，停泊轨道工况模拟探测器在停泊轨道上运行的过程，环火高温工况模拟环火轨道上，光照角最大时的过程，环火低温工况模拟环火轨道上有最长阴影期的过程，环火安全模式工况模拟探测器进入安全模式时的运行过程。地火转移工况、捕获工况、停泊轨道工况时均为+x对日定向，环火高温、环火低温工况均为
‑
z对日定向，环火安全模式工况为+x对日定向。将探测器有限元模型、定向天线有限元模型、x中继有限元模型、着陆器有限元模型耦合在一起联合热仿真分析。
34.探测器上各大部件的有限元模型耦合在一起进行联合热仿真分析是将探测器有限元模型、定向天线有限元模型、x中继有限元模型、着陆器有限元模型耦合在一起，并考虑各自对探测器的热影响以及探测器对各大部件的热影响，联合进行热仿真分析，计算结果更精确。
35.本发明实施例所提供的一种火星探测的热分析方法主要包含6种不同的典型工况，每个工况均包含不同的运行姿态，并且轨道外热流各不相同，该热分析方法是将探测器上各大部件的有限元模型耦合在一起联合热仿真分析。
36.本实施例中，所述的6种不同的典型工况，如图1所示设置为地火转移工况、捕获工况、停泊轨道工况、环火高温工况、环火低温工况、环火安全模式工况。所述的联合热分析是将探测器上各大部件有限元耦合在一起联合热仿真分析，如图2所示，具体是将探测器2上的定向天线3的有限元模型、x中继天线4的有限元模型、着陆器1的有限元模型和探测器2的有限元模型耦合在一起进行联合热仿真分析，探测器2对定向天线3、x中继天线4和着陆器1的热影响可以计算得出，同时，定向天线3、x中继天线4和着陆器1各自对探测器2的热影响可以计算得出。
37.本发明的热分析方法创新的将探测器飞往火星的整个过程提炼成几个典型工况，涵盖了探测器奔赴火星过程中的各种高低温工况，使热试验工况减少，节省热试验资源；典型工况均包含了不同的运行姿态，分析工况覆盖全面，将探测器在轨工作模式分析的更准确，预测了在轨温度范围，为后续优化设计奠定了基础；联合热仿真分析考虑到了各自对探测器的热影响以及探测器对各大部件的热影响，热分析计算结果更精确。
38.本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
39.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。