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航天器的空间热环境分析

时间:2023-06-27 理论教育 版权反馈
【摘要】:在地球外层空间,航天器所处的基本环境条件,如空间外热流、真空、微重力、低温及空间粒子辐照等,都直接或间接地影响到航天器各个部位的温度。航天器所处的与热控制有关的基本空间环境如下。高真空环境下航天器的热量将以辐射的方式排散,不包括太阳及其附近卫星的辐射,银河系及它以外的辐射能量仅约10-5 W/m2,且各向同性,相当于3 K 的绝对黑体,被称为宇宙空间热沉[1]。太阳是航天器在太阳系中飞行时遇见的最大的外热源。

航天器的空间热环境分析

在地球外层空间,航天器所处的基本环境条件,如空间外热流、真空、微重力、低温及空间粒子辐照等,都直接或间接地影响到航天器各个部位的温度。航天器所处的与热控制有关的基本空间环境如下。

(1)真空和低温。在远离地球的宇宙空间气体非常稀薄,如在距地球表面高度3 000 km 处,气体密度在7.5×10-16 kg/m3,处于高真空状态。高真空环境下航天器的热量将以辐射的方式排散,不包括太阳及其附近卫星的辐射,银河系及它以外的辐射能量仅约10-5 W/m2,且各向同性,相当于3 K 的绝对黑体,被称为宇宙空间热沉[1]

(2)地球大气环境。地球空间的大气密度随距离地球表面高度的增加而基本上按指数规律下降。大气密度还随时间、纬度、季节及太阳活动情况变化。大气温度在120 km 以上时随高度呈指数分布;在300 km 以上接近于等温[1]。高空大气温度只是离子速度和能量的一种度量,其密度极低,对航天器热平衡没有影响。(www.xing528.com)

(3)太阳辐射。太阳是航天器在太阳系中飞行时遇见的最大的外热源。太阳每时每刻都在向空间辐射巨大的能量,包括从波长短于10-14 m 的γ 射线至波长大于10 km 的无线电波。其可见光和红外辐射主要来自太阳光球,相当于6 000 K 的黑体辐射。热力学所涉及的是其可能转变成热能的部分,主要是从0.18 μm 至40 μm,它占太阳总辐射能的99.99% [1]。在地球大气层外,从太阳到地球的平均距离称为一个天文单位,太阳在单位时间内投射到距太阳一个天文单位处并垂直于射线方向的单位面积上的全部辐射能,称为太阳常数,其值为S=1 353 W/m2

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