一种卫星飞行模拟器的热控分系统模型设计

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1、v01．20No．1航天器工程第20卷第l期82SPACECRAFTENGINEERIN(；2011年1月一种卫星飞行模拟器的热控分系统模型设计何治1许晓冬2赵放伟1(1北京空间飞行器总体设计部，北京100094)(2中国宅间技术研究院通信卫星事业部，北京100094)摘要设计了一种飞行模拟器的热控分系统模型，用于仿真卫星在轨正常和故障状态下的温度情况。为了保证热控分系统的仿真功能、速度和精度，构建了一个完整的热控分系统架构，并采用一系列数学模型来描述卫星的热状态变化，尤其是采用了基于偏微分方程的卫星主体热数学模

2、型。最后，根据仿真结果与热分析数据以及卫星在轨数据的对比，对热控分系统设计进行检验。关键词卫星飞行模拟器；热控分系统；偏微分方程；仿真中图分类号：TK32；V416文献标志码：A文章编号：1673—874812011)01—0082—06DesignofThermalControlSubsystemforFlyingSatelliteSimulatorHEZhiXUXiaodongZHAOQiwei(1BeijingInstituteofSpacecraftSystemEngineering。Beijing100

3、094，China)(2InstitutionofCommunicationSatellite，ChinaAcademyofSpaceTechnology，Beijing100094，China)Abstract：Thepaperdevelopesahighfidelitythermalcontrolsubsystemfortheflyingsatellitesimulator．Toaccomplishthegoalforbuildingathermalcontrolmodelwithsatisfyingabil

4、ity，speed，andaccuracy，thermalsubsystemisbrokenintoaseriesofalgorithmsthatdescribethethermaldynamicbehavior．Especially．thethermalmathematicalmodelofsatellitebodyisbasedonpartialdifferentialequations．Thesimulatedresultsproducedbythesubsystemmodelarecomparedwith

5、actualsatellitedataandthermalanalysisresultsforsubsystemmodelvalidation．Keywords：flyingsatellitesimulator；thermalcontrolsubsystem；partialdifferentialequation；simulation．引言卫星飞行模拟器是一种数字或半物理仿真系统，主要用于卫星地面系统校验、卫星故障模拟与故障辅助诊断、卫星控制策略验证和卫星操控人员培训。随着卫星研制技术的发展。越来越多的卫星公司针

6、对其生产的卫星开发飞行模拟器，例如：美国的GPS卫星模拟器(1998年)⋯、欧洲的热鸟一7A(HotBird-7A)卫星模拟器(2006年)、鑫诺一号卫星模拟器(1998年)、中星9号卫星模拟器(2008年)等。近年来，国内研制的卫星也开始搭配飞行模拟器。根据现有的资料，各种卫星飞行模拟器[1。‘1的热控分系统主要是根据试验或飞行数据，基于试验建模技术构建。这种热控分系统模型具有运行速度快，在特定条件下仿真精度高的优点，但对于星内仪器工作模式变化以及卫星外热流变化等情况的仿真收稿日期：2010-05—30：修回日

7、期：2010—11—04作者简介：何治(1977～)．男。博士。主要研究方向为航天器热设计．第1期何治等：一种卫星飞行模拟器的热控分系统模型设计83能力较差，相应条件下的仿真误差也大大增加。为了解决上述问题，进一步提高飞行模拟器的仿真能力以及实用性，本文设计了基于偏微分方程的飞行模拟器热控分系统模型，用于仿真卫星内、外热源变化条件下，卫星各个仪器、结构的温度情况。2热控分系统体系结构如图1所示的热控分系统体系结构，本文采用的是星型体系结构。为保证系统的可靠性，卫星模拟器的热控分系统不设计人机交互接口，也不设计与其

8、它分系统之间相连的接口，所有数据的输入和输出都需要通过卫星模拟器数据控制中心转发。飞行模拟器热控分系统模型主要包含以下几个部分：1)卫星外热流实时仿真软件采用基于计算机图形学的消隐算法设计，能够根据卫星姿态、轨道位置以及卫星表面热性质的变化，输出相应的外热流数据。、、～～一一一一／图1卫星飞行模拟器热控分系统体系结构Fig．1Systemstructureoftherma