Лабораторная работа №1 Моделирование внешнего теплообмена термоконтейнера космического аппарата на орбите
Для находящегося на орбите термоконтейнера КА моделирование внешнего теплообмена с окружающей средой космического пространства предполагает решение следующих задач:
1) моделирование условий освещенности термоконтейнера солнечным тепловым потоком;
2) определение угловых коэффициентов планетного облучения термоконтейнера;
3) определение внешней тепловой нагрузки термоконтейнера (плотности поглощенных тепловых потоков солнечного и планетного излучений, действующих на радиационную поверхность термоконтейнера);
4) определение тепловых потоков через ЭВТИ днищ термоконтейнера.
Моделирование условий освещенности гермоконтейнера солнечным тепловым потоком
Условия освещенности гермоконтейнера на орбите солнечным тепловым потоком (qs) определяются следующими факторами (рис. 2.2):
• параметром
освещенности плоскости орбиты (углом
);
• ориентацией гермоотсека на орбите (положения I и II);
• временем
пребывания гермоконтейнера на солнечном
и теневом участках орбиты(
).
Угол
освещенности плоскости орбиты 
,
(угол между нормалью к плоскости орбиты
и направлением падающего солнечного
теплового потока 
s),
определяется из тригонометрического
соотношения [17]
(2.1)
где
- наклонение и долгота восходящего узла
орбиты; 
=23°27' - угол между плоскостью эклиптики
и плоскостью экватора; 
= 0,9856 N2I (N2I
- количество суток, отсчитываемых от 21
марта до текущего дня) - угол в градусах,
определяющий положение Солнца на
эклиптике на текущий момент.
Диапазон
изменения угла 
—
0 < 
< 90°. Если по соотношению (2.1) 
90°,
то положение внешней нормали к плоскости
орбиты должно быть изменено на
противоположное:
Ориентация гермоконтейнера на орбите характеризуется ориентацией его продольной оси в подвижной орбитальной системе координат:
• в положении I продольная ось гермоконтейнера совпадает по направлению с местной вертикалью;
• в положении II продольная ось гермоконтейнера находится в плоскости местного горизонта.
В зависимости от ориентации гермоконтейнера изменяются и условия его освещенности солнечным тепловым потоком.
Например,
для цилиндрической части гермоконтейнера
угол освещенности 
(угол между направлением на солнце и
внешней нормалью) составит: для положения
I 
,
для положения II 
.
Время
пребывания (
)
гермоконтейнера на теневом (или солнечном)
участках орбиты в общем случае может
быть найдено с помощью уравнения Кеплера:
где
,
e - большая полуось и эксцентриситет
эллиптической орбиты; 
,
- моменты времени захода КА в тень Земли
(
)
и выхода из нее (
);
,
Е2
- соответствующие моментам 
и 
эксцентрические аномалии.
Значения
и Е2
определяются по истинным аномалиям 
и 
по соотношению 
.
Истинные аномалии 
и 
находятся (при известной ориентации
плоскости орбиты) либо аналитически,
либо с помощью геометрического построения.
В
частном случае для орбит, близких к
круговым (е ~ 0), на основании уравнения
(2.2) может быть получено следующее
приближенное соотношение для определения
времени пребывания КА на теневом участке
орбиты (
):
где
= 6371,1 км - радиус Земли; Н - высота круговой
орбиты над поверхностью Земли; 
- период обращения КА на орбите, с; 
=
3,986-105 км3/с2
- гравитационный параметр Земли.
Время пребывания КА на солнечном участке орбиты (если пренебречь наличием участка "полутени" орбиты)
.
При
= 0° орбита КА полностью освещается
Солнцем - "солнечная" орбита. При
= 90° орбита "теневая" с максимальной
продолжительностью теневого участка.