I-Deas TMG 培训资料 (10)

I-deas TMG - 人造卫星和轨道分析

概述
TMG 辐射工具能够对在轨道上运行时，受到变化的太阳辐射热负荷的人造卫星进行模拟，学习内容有：
1. 定义运行轨道；
2. 显示运行轨道；
3. 利用轨道分析求解模型；
4. 对人造卫星联接 (Articulation) 建模。

轨道加热的概念
1. 在天空中有三种环境辐射热源：直接太阳辐射、行星反射的太阳辐射和行星辐射。
2. 直接太阳辐射的处理如前面所述；
3. 对行星反射和辐射热源的处理方法如下：
a. 计算环境反照率或行星的辐射流；
b. 确定行星的视角系数，给出直接的热流；
c. 构件相关的灰体视角系数矩阵以计算反射；
d. 计算被吸收的热负荷；
4. 环境反射辐射流用 Stevenson 和 Grafton 表确定；
5. 行星的辐射流计算采用一个小表面对大球的视角系数的精确分析表达式。
6. 行星的视角系数是通过构建一个行星的几何替代物计算的。
7. 在计算行星对反射加热的视角系数时，考虑了行星被太阳照亮的变化情况。

参考矢量
为定义一个轨道，必须提供几个特定参数。TMG 提供了几种可供选择的参考矢量 (Reference Vector) 以确定轨道参数。
春分矢量 (Vernal Equinox)：指向白羊座 (the Aries Constellation) 的矢量，位于春天开始的第一天的地日连线上。赤经 (the Right Ascension) 是赤道上以春分矢量为起始边的夹角。
太阳矢量 (Sun Vector)：从行星指向太阳的矢量。太阳矢量由赤纬 (Sun’s declination) 和赤经 (Sun Right Ascension) 定义，对于地球，可以指定一个日期。
地方正午 (Local Noon)：太阳矢量在赤道平面上的投影。

  参考矢量示意图

有关轨道的一些术语
最重要的轨道参数如下页图所示，相应定义如下：
1. 升交点 (Ascending Node)：卫星向北运行时与赤道平面的交点；
2. 近地点 (Perigee)：卫星轨道上与行星最近的点；
3. 近地点角距 (Argument of Perigee)：轨道平面上的近地点与升交点之间的夹角；
4. 当地正午与升交点夹角 (Local Noon to Ascending node Angle)：赤道平面上，升交点与当地正午之间夹角；
5. 升交点的赤经 (Right Ascension of Ascending Node)：赤道平面上，升交点与春分矢量的夹角 (图中未示出)；
6. 赤纬 (Solar Declination)：太阳矢量与赤道平面的夹角 (对于地球为 ± 23.5?)；
7. 轨道倾角 (Orbit Inclination)：轨道平面与赤道平面的夹角；
8. 周期 (Period)：完成一周轨道运行所需的时间；
9. 偏心率 (Eccetricity)：轨道的椭圆率，该值一定处于 0 与 1 之间；
10. 格林威治时间 (GMT Date)：格林威治标准时间和日期；
11. 当地时间 (Local Time)：在特定位置处的当地时间；
12. 星体反照率 (Albedo)：行星反射的太阳光。
轨道术语示意图：
创建轨道
为创建一个轨道，执行如下步骤：
1. 选择 Orbit / Attitude Modling (轨道和姿态建模)；
2. 输入实体名称并点击 Create；
3. 选择被照亮的单元 (Illuminated Elements)；
4. 选择 Planet and the Orbit Type (行星和轨道类型)；
5. 从上到下依次对表单右边的按钮进行选择，完成对轨道的定义。
后面将具体解释有关定义内容。
创建轨道的对话框如下：

轨道类型选择
对于任何行星都有如下轨道类型可供选择：
1. b角 (Beta Angle)
2. 地球同步 (Geosynchronous)
3. 传统的 (Classical)
4. 太阳和行星矢量 (Sun and Planet Vectors)
对于地球，还有以下三种经典的轨道可以选择：
1. 太阳同步 (Sun-Synchronous)
2. 宇宙飞船 (航天飞机 - Shuttle)
3. Molniya 型
下面将对各种轨道类型做简单介绍。

轨道类型定义
1. 经典的 (Classical)：任何轨道都可以定义为经典的轨道。需指定轨道倾角、近地点和升交点的位置即定义轨道形状的两个参数。
2. b角 (Beta Angle)：指定轨道的高度和轨道平面与太阳矢量之间夹角。
3. 地球同步 (Geosynchronous)：每个行星都有唯一的同步轨道。这是一个圆形轨道，其周期与行星的自转周期相同。
4. 太阳和行星矢量 (Sun and Planet Vectors)：对这种情况，TMG 不计算轨道，用太阳矢量和有遮掩时的行星矢量，可以直接定义卫星的位置。可以指定几个位置。
5. 太阳同步、宇宙飞船和 Molniya (Sun-Synchronous, Shuttle and Molniya)：这些都是地球的经典轨道，它们的一些参数具有特定的缺省值。

行星和太阳的特征
TMG提供了有关行星和太阳的特定数据，这些数据对于大多数分析应该已经足够。也可以根据分析的需要修改这些数据。
应该始终校验太阳的位置和太阳辐射的值。
对于地球轨道，有很多方法确定太阳的位置和计算太阳辐射的值。对其它行星，必须指定太阳的赤纬和赤经，这样可以获得太阳辐射的缺省值。
轨道参数
根据设定的轨道类型，TMG 将打开相应的 Orbit Parameters 表单：
b角、经典的、太阳和行星矢量轨道类型各有一个不同的轨道参数表单。
对于地球而言，太阳同步、宇宙飞船和 Molniya 轨道使用同一个传统的轨道参数表单，但是缺省值不同。
对于地球同步轨道，参数是唯一的，不需设置。如果使用格林威治时间确定太阳位置，出于绘图目的，可能需要提供一个参数。