Система обеспечения теплового режима космического аппарата. Расчет характеристик систем обеспечения теплового режима космических аппаратов, страница 6

Между излучательной и поглощательной способностью тел существует взаимосвязь, определяемая законом Кирхгофа. Согласно этому закону для любого тела коэффициент поглощения и степень черноты равны между собой при одинаковых длинах волн падающего и собственного излучений.

3.1.4.3 ОПТИЧЕСКИЕ КОЭФФИЦИЕНТЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В ТЕПЛОВЫХ РАСЧЕТАХ КА

Рассмотренные выше коэффициент поглощения и степень черноты называют оптическими коэффициентами. Они во многом определяют процесс теплообмена КА с окружающим пространством.

Для лучистого теплообмена КА характерны два уровня температур излучающих тел. К телам первого температурного уровня относится Солнце. Температура Солнца приблизительно равна 6000 К. При такой температуре 94% энергии излучения приходится на диапазон длин волн  мкм. (Причем максимум излучения приходится на видимую часть спектра). Средний коэффициент поглощения для этого диапазона длин волн называется коэффициентом поглощения солнечного излучения .

К основным телам второго температурного уровня относится Земля и сам КА. Температура этих тел существенно ниже температуры Солнца и составляет величину порядка 300 К. При таких температурах основная энергия излучения приходится на диапазон длин волн  мкм (инфракрасное излучение). Поскольку излучение КА и собственное излучение Земли, воздействующее на КА, находятся в одинаковом диапазоне длин волн, то согласно закону Кирхгофа степень черноты поверхности КА равна коэффициенту поглощения собственного излучения Земли. В связи с этим при проведении тепловых расчетов обычно пользуются одним параметром - степенью черноты поверхности KA .

Таким образом, при проведении тепловых расчетов КА используются два оптических коэффициента  и  . При этом коэффициент поглощения солнечного излучения  определяет поглощательную способность элементов КА по отношению к прямому и отраженному от Земли солнечному излучению. Степень черноты элементов КА  определяет, во-первых, излучательную способность КА и, во-вторых, поглощательную способность элементов КА по отношению к собственному тепловому потоку Земли.

3.1.5 ВНЕШНИЙ ТЕПЛООБМЕН КА

Под внешним теплообменом КА понимается теплообмен КА с внешней средой. Во внешнем теплообмене участвуют элементы, расположенные на наружной поверхности КА.

Уравнение теплового баланса для таких элементов можно записать в следующем виде

,  (3.23)

где    m_i, с_i, Т_i – cоответственно, масса, теплоемкость и температура i-го элемента;

  - время;

Q_si –  тепловой поток прямого солнечного излучения, поглощаемый i-ым элементом;

Q_отрi – тепловой поток отраженного от Земли солнечного излучения, поглощаемый i-ым элементом;

Q_cобi – тепловой поток собственного излучения Земли, поглощаемый i-ым элементом.

Q_атмi – атмосферный тепловой поток, поглощаемый i-ым элементом;

Q_внi – тепловой поток, подводимый к i-ому элементу от внутренних элементов КА;

Q_излi – тепловой поток, излучаемый поверхностью i-ого элемента.

Входящие в уравнение (3.23) тепловые потоки можно выразить следующим образом

Q_{s i} =  A_si q_s F_si,                                             (3.24)

где  q_s – плотность падающего на i-ый элемент прямого солнечного теплового потока;

A_si – коэффициент поглощения солнечного излучения поверхностью i-го элемента;

F_si – площадь проекции i-го элемента на плоскость, перпендикулярную направлению прямого солнечного теплового потока;

Q_отрi =  A_siq_отрF_отрi,                                     (3.25)

где q_отр – плотность отраженного от Земли солнечного теплового потока, падающего на i-ый элемент;

F_отрi – площадь проекции i-го элемента на плоскость, перпендикулярную направлению отраженного от Земли солнечного теплового потока:

                                         Q_собi =  e_i q_собF_собi ,                            (3.26)

где   q_соб – плотность падающего на i-ый элемент собственного теплового  излучения Земли;

F_собi – площадь проекции i-го элемента на плоскость, перпендикулярную направлению собственного теплового потока Земли;