ГОСТ Р 25645.336-94
Аппараты космические. Методика оценки характеристик приповерхностного свечения на теневых участках орбиты

ГОСТ Р 25645.336-94

Группа Т27

     
     
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

АППАРАТЫ КОСМИЧЕСКИЕ

Методика оценки характеристик приповерхностного
свечения на теневых участках орбиты

Spacecrafts.
Evaluation technique of the superficial
glow characteristics at the eclipse parts of the orbit

ОКСТУ 7609

Дата введения 1995-07-01

     
     
Предисловие

1 РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Центральным научно-исследовательским институтом машиностроения и Всероссийским научно-исследовательским институтом стандартизации (ВНИИстандарт) Госстандарта России

2 ПРИНЯТ И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Госстандарта России от 01.11.94 N 264

3 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

1 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

1 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Настоящий стандарт устанавливает методику оценки индикатрисы силы излучения приповерхностного свечения космических аппаратов и элементов его конструкции: плоской, сферической, цилиндрической и конической форм на высотах 100-600 км в диапазоне длин волн 0,38-1,9 мкм.

Стандарт применяется для расчета освещенности приемников наземных станций наблюдения свечением на фоне ночного неба и расчета оптических помех бортовой оптической аппаратуры на теневых участках орбиты.

2 ОПРЕДЕЛЕНИЯ

В настоящем стандарте применены следующие термины и их определения:

Свечение	- свечение, возникающее в ближайшей окрестности в результате физических и физико-химических процессов взаимодействия набегающего потока частиц верхней атмосферы Земли с собственной внешней атмосферой и его поверхностью.
Характерный размер свечения	- расстояние, на котором происходит ослабление свечения в раз.
Приповерхностное свечение	- свечение в видимой области спектра 0,38-0,78 мкм с характерным размером 0,20 м и в ближней инфракрасной (ИК) области спектра 0,78-1,9 мкм с характерным размером 2,0 м.
Элемент поверхности	- элементарная площадка поверхности , в пределах которой угол падения частиц атмосферы постоянен.
Угол падения набегающего потока частиц атмосферы	- угол в плоскости между осью - продольной осью и вектором набегающего потока частиц атмосферы (рисунки 2, 4, 6, 8).
Угол визирования	- угол, определяющий положение вектора визирования (рисунки 2, 4, 6, 8), направленного на наблюдателя, относительно и имеющий в прямоугольной системе координат (оси , , ) угловые координаты: - - угол в плоскости между осью и проекцией вектора на эту плоскость; - - угол в плоскости между осью - продольной осью и вектором визирования , направленного на наблюдателя.

3 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

3.1 Энергетическая светимость элемента поверхности зависит от:

- высоты орбиты - ;

- угла падения набегающего потока частиц верхней атмосферы Земли - ;

- материала поверхности;

- температуры поверхности - .

3.2 Распределение энергетической светимости по поверхности и сила излучения как точечного источника излучения зависит от:

- энергетической светимости элемента поверхности ;

- формы ;

- угловых координат угла визирования , (для силы излучения

).

3.3 Спектр свечения в диапазоне высот 100-600 км не зависит от высоты орбиты, типа материала и температуры поверхности - при расстояниях наблюдения .

3.4 Зависимость спектральной плотности энергетической светимости элемента поверхности при прямом набегании потока частиц верхней атмосферы (0) от длины волны приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Распределение спектральной плотности энергетической светимости элемента поверхности KA по длине волны M(e, "лямбда") (прямое падение пучка частиц, высота h=250 км, температура поверхности T(S)=273 K)

Рисунок 1 - Распределение спектральной плотности энергетической светимости элемента
поверхности по длине волны (прямое падение пучка частиц, высота 250 км,
температура поверхности 273 К)

3.5 Детектор бортовой оптической аппаратуры может быть расположен на расстоянии более 1 м для диапазона 0,38-0,78 мкм и более 10 м - для диапазона 0,78-1,9 мкм.

4 МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ СВЕТИМОСТИ ЭЛЕМЕНТА ПОВЕРХНОСТИ KA

4.1 Спектральную плотность энергетической светимости в ваттах на квадратный метр-микрометр элемента поверхности рассчитывают по формуле

, (1)

где - спектральная плотность энергетической светимости элемента поверхности при прямом падении потока частиц верхней атмосферы (0), Вт·м·мкм;

- угол падения потока частиц верхней атмосферы.

4.2 Спектральную плотность энергетической светимости в ваттах на квадратный метр-микрометр рассчитывают по формуле

- при 160 км; (2)

- при 100160 км,

где - коэффициент, учитывающий тип материала элемента поверхности (см. приложение А);

- параметр, рассчитываемый по формулам (3); (4) для разных диапазонов длин волн, Вт·м·мкм;

- при 0,381,25 мкм; (3)

- при 1,251,9 мкм; (4)

- высота орбиты, км;

- температура поверхности, К.

4.3 Энергетическую светимость в ваттах на квадратный метр в различных областях спектра рассчитывают по формуле

, (5)

где - при 160 км,

где Вт·м - при 0,380,78 мкм (видимая область);

Вт·м - при 0,781,9 мкм (ближняя ИК-область);

- при 100160 км,

где Вт·м - при 0,380,78 мкм (видимая область);

Вт·м - при 0,781,9 мкм (ближняя ИК-областъ).

4.4 Светимость в люменах на квадратный метр в видимом диапазоне (0,38-0,78 мкм) рассчитывают по формуле

, (6)

где лм·м - при 160 км;

лм·м - при 100160 км.

5 МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИНДИКАТРИСЫ СИЛЫ ИЗЛУЧЕНИЯ KA РАЗЛИЧНЫХ ФОРМ

5 МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИНДИКАТРИСЫ
СИЛЫ ИЗЛУЧЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ФОРМ

5.1 Спектральную плотность силы излучения в ваттах на стерадиан-микрометр плоского элемента конструкции , указанного на рисунке 2, рассчитывают по формуле

, (7)

где - площадь элемента конструкции, м;

- постоянная, равная 3,1415.

Рисунок 2 - Геометрия обтекания и наблюдения свечения плоского элемента KA

- нормаль к поверхности ;

- по разделу 2;

- при 0;

- при .

Рисунок 2 - Геометрия обтекания и наблюдения свечения плоского элемента

5.2 Плоский элемент конструкции является равноярким излучателем с индикатрисой силы излучения, приведенной на рисунке 3.

Рисунок 3 - Индикатриса силы излучения плоского элемента конструкции KA I(e, "лямбда") ("тета(b))

- максимальное значение силы излучения

Рисунок 3 - Индикатриса силы излучения плоского элемента конструкции

5.3 Спектральную плотность силы излучения в ваттах на стерадиан-микрометр сферической формы (рисунок 4) рассчитывают по формуле

(9)

где - радиус сферы, м.

Рисунок 4 - Геометрия обтекания и наблюдения свечения KA сферической формы

- по разделу 2;

- при 0; (10)

- при . (11)

Рисунок 4 - Геометрия обтекания и наблюдения свечения сферической формы

5.4 сферической формы не является равноярким излучателем. Индикатриса силы излучения сферы приведена на рисунке 5.

Рисунок 5 - Индикатриса силы излучения KA сферической формы I(e, "лямбда") ("тета"(b))

- максимальное значение силы излучения;

- по разделу 2.

(0; )

Рисунок 5 - Индикатриса силы излучения сферической формы

5.5 Спектральную плотность силы излучения в ваттах на стерадиан-микрометр боковой поверхности цилиндрической формы (рисунок 6) рассчитывают по формуле

(12)

где - радиус цилиндра, м;

- высота цилиндра, м.

Рисунок 6 - Геометрия обтекания и наблюдения свечения KA цилиндрической формы

- по разделу 2;

- при 0; (13)

- при . (14)

Рисунок 6 - Геометрия обтекания и наблюдения свечения цилиндрической формы

5.6 Спектральную плотность силы излучения в ваттах на стерадиан-микрометр основания цилиндрической формы рассчитывают по формуле

. (15)

5.7 Суммарную спектральную плотность силы излучения в ваттах на стерадиан-микрометр цилиндрической формы рассчитывают по формуле

. (16)

Основание цилиндра является равноярким излучателем, боковая поверхность - неравноярким излучателем. Индикатриса силы излучения цилиндрической формы для случая приведена на рисунке 7.

Рисунок 7 - Индикатриса силы излучения KA цилиндрической формы I(e, "лямбда") ("тета"(b))

- максимальное значение силы излучения;

- по разделу 2.

(; 0; ; )

Рисунок 7 - Индикатриса силы излучения цилиндрической формы

5.8 Спектральную плотность силы излучения в ваттах на стерадиан-микрометр конической формы (рисунок 8) рассчитывают по формуле

, (17)

где - радиус основания, м;

- высота конуса, м;

, - функция угла , общий вид которой определяет выражение (17.1);

аргументы и в радианах определяются согласно выражению (17.3).

Рисунок 8 - Геометрия обтекания и наблюдения свечения KA конической формы

- высота конуса;

- радиус нижнего основания конуса;

- радиус верхнего основания усеченного конуса;

- угол полураствора конуса:

- для конуса;

- для усеченного конуса;

- по разделу 2

Рисунок 8 - Геометрия обтекания и наблюдения свечения конической формы

(17.1)

________________

* Формула соответствует оригиналу. - Примечание изготовителя базы данных.

где - коэффициенты, определяемые по формулам (17.2)

; (17.2)

;

;

;

;

;

, - при , ; (17.3)

, - при , ;

, - при , ;

, - при , .

В частном случае, при продольном обтекании (0; 0)

- при .

5.9 Спектральную плотность силы излучения в ваттах на стерадиан-микрометр в форме усеченного конуса рассчитывают по формуле

, (18)

где - спектральная плотность силы излучения боковой поверхности усеченного конуса, Вт·ср·мкм. Определяют по формуле (17);

- спектральная плотность энергетической светимости элемента поверхности при прямом падении потока частиц верхней атмосферы (0), Вт·м·мкм;

- радиус верхнего (меньшего) основания усеченного конуса,

5.10 Боковая поверхность конуса и малое основание усеченного конуса являются равнояркими излучателями. Индикатриса силы излучения конической формы приведена на рисунке 9.

Рисунок 9 - Индикатриса силы излучения KA конической формы

- максимальное значение силы излучения;

- угол полураствора конуса;

- по разделу 2

[Продольное обтекание: 0°, 0°, 0,5,

Рисунок 9 - Индикатриса силы излучения конической формы

5.11 При расчете силы излучения в отдельных спектральных диапазонах по формулам (7)-(18) спектральные величины заменяют на интегральные , которые рассчитывают по формуле (5).

5.12 При расчете силы излучения сложных форм его конструкцию представляют в виде комбинации простых форм - плоскостей, сфер, цилиндров и конусов, а силы излучения отдельных элементов конструкции рассчитывают по формулам (7)-(18).

5.13 Основные источники погрешностей расчета плотности силы излучения и силы излучения в отдельных спектральных диапазонах связаны с типом материала, влиянием его на спектр свечения и погрешностями эмпирической модели свечения. Общая погрешность вычислений в пределах ±25%.

5.14 Пример применения формул (7)-(18) для оценки возможности обнаружения на высотах 100-600 км наземными средствами наблюдения приведен в приложении Б.

ПРИЛОЖЕНИЕ А (справочное). Поправочный множитель K(м) для различных типов материалов внешних поверхностей KA

ПРИЛОЖЕНИЕ А
(справочное)

     
Поправочный множитель для различных
типов материалов внешних поверхностей

Тип материала
На основе SiO (стеклоткани, солнечные батареи, силикатные покрытия)	1,00
Анодированные алюминиевые сплавы	0,93
Лакокрасочные покрытия	0,88
Полиэтилен	0,75
Полиамид (Kapton)	0,60

ПРИЛОЖЕНИЕ Б (справочное). Пример оценки возможности наблюдения KA наземными средствами

ПРИЛОЖЕНИЕ Б
(справочное)

     
ПРИМЕР ОЦЕНКИ ВОЗМОЖНОСТИ НАБЛЮДЕНИЯ
НАЗЕМНЫМИ СРЕДСТВАМИ

Задано. Оценить возможность наблюдения цилиндрической формы с размерами 1,0 м, 5,0 м.

Ориентация :

- продольная ось на Землю;

- угол набегания потока частиц ;

- высота круговой орбиты 250 км;

- материал внешней поверхности - белая стеклоткань (оптические характеристики: коэффициент поглощения солнечного излучения 0,25; коэффициент теплового излучения 0,90);

- температура ткани (на теневой части витка) - 190 К (минус 83 °С);

- географические координаты пункта наблюдения (г.Самарканд) - долгота 73,3°, широта 38,4° северной широты;

- время наблюдения (московское) на теневой части витка: 16 ч, 45 мин, 45 с - 16 ч, 49 мин, 45 с, 25.09.93 г.

Азимут, угол места, наклонная дальность объекта наблюдения и углы , заданы в таблице Б1 (результаты расчета по программе целеуказания).

Пороги обнаружения:	видимая область (0,38-0,78 мкм) - 1·10 Вт·м;
	ближняя ИК-область (0,78-1,9 мкм) - 1·10 Вт·м.

Таблица Б1

Время	Азимут, град, мин, с	Угол места, град, мин, с	Наклонная дальность, км	, град	, град
16 ч, 45 мин, 45 с	330:15:10	11:08:21	952	342,45	109,25
16 ч, 46 мин, 15 с	335:21:56	16:16:12	752	337,28	112,53
16 ч, 46 мин, 45 с	344:30:48	23:53:24	567	328,27	118,38
16 ч, 47 мин, 15 с	3:54:15	35:05:10	419	309,02	128,06
16 ч, 47 мин, 45 с	45:05:12	43:11:47	358	267,98	135,45
16 ч, 48 мин, 15 с	85:51:07	34:50:30	422	227,35	127,84
16 ч, 48 мин, 45 с	104:55:57	23:41:59	571	208,40	118,23
16 ч, 49 мин, 15 с	113:57:03	16:08:43	756	199,52	112,44
16 ч, 49 мин, 45 с	119:00:14	11:02:59	956	194,59	109,20

Оценка возможности наблюдения цилиндрической формы

Определяют энергетическую силу излучения в видимой и ближней ИК-областях спектра по формулам (2), (5), (12) с учетом требований 5.11 и исходных данных.

Определяют зависимость энергетической освещенности приемника станции наблюдения в Вт·м в видимой и ближней ИК-областях спектра от времени наблюдения по формуле

, (Б1)

где - сила излучения, Вт·ср·м;

- наклонная дальность, м (таблица Б1).

Результаты расчета приведены в таблице Б2.

Таблица Б2

Время	Энергетическая освещенность (видимая область) , Вт·м	Энергетическая освещенность (ИК-область) , Вт·м
16 ч, 45 мин, 45 с	6,6·10	1,6·10
16 ч, 46 мин, 15 с	1,2·10	3,0·10
16 ч, 46 мин, 45 с	2,4·10	5,8·10
16 ч, 47 мин, 15 с	4,3·10	1,1·10
16 ч, 47 мин, 45 с	2,9·10	7,2·10
16 ч, 48 мин, 15 с	8,6·10	2,2·10
16 ч, 48 мин, 45 с	3,3·10	7,9·10
16 ч, 49 мин, 15 с	2,4·10	5,8·10
16 ч, 49 мин, 45 с	3,0·10	7,5·10

Из данных таблицы Б2 следует, что при заданных порогах обнаружения наблюдение в видимой области возможно во временном интервале 16 ч, 46 мин, 15 с - 16 ч, 47 мин, 45 с; в ближней ИК-области - в интервале 16 ч, 45 мин, 45 с - 16 ч, 48 мин, 15 с при азимуте и углах места в соответствии с таблицей Б1.