Как ЛОГОС помогает спутникам выжить в условиях космического пекла

Разбираем практический кейс по нестационарному моделированию радиационного нагрева космического аппарата на низкой орбите с использованием российского вычислительного комплекса.

Надежность бортовых систем — абсолютный приоритет при проектировании космических аппаратов. Чтобы электроника не вышла из строя в вакууме, инженерам необходимо заранее обеспечить правильный тепловой режим, который напрямую зависит от сложного радиационного теплообмена с окружающей средой.

Сегодня в рамках курса на импортозамещение инженерного ПО отечественный вычислительный комплекс ЛОГОС успешно решает данные задачи. Специалисты ООО «Датомикс» обладают глубокой экспертизой в настройке подобных симуляций и делятся опытом расчета тепловых потоков для низкоорбитального спутника.

Постановка задачи и параметры моделирования

В качестве объекта мы взяли кубический спутник, движущийся по круговой околоземной орбите на высоте 500 км. Полный период обращения составляет 5700 секунд. Именно этот временной интервал стал окном для нестационарного теплового расчета.

Чтобы оценить предельные термические нагрузки, мы задали следующие условия:

• Система «Земля – Спутник – Солнце» располагается в одной плоскости.
• Период вращения аппарата вокруг собственной оси синхронизирован с орбитальным движением, из-за чего одна из граней куба непрерывно освещается прямым солнцем.
• Для создания «пикового» сценария мы наделили поверхности максимальной поглощающей способностью — степень черноты всех шести граней равна единице в видимом и инфракрасном спектрах.

Источники радиационного нагрева

В расчетной модели мы учли три главных фактора, формирующих тепловой баланс на орбите:

• Прямое солнечное излучение — дает основной нагрев с плотностью потока 1412 Вт/м².
• Инфракрасное излучение Земли — добавляет стабильное тепловое воздействие в 210 Вт/м².
• Земное альбедо — отраженная от поверхности планеты солнечная энергия с коэффициентом 0,2.

Результаты нестационарного расчета в ЛОГОС

Мы провели симуляцию на полном интервале в 5700 секунд и получили детальную картину распределения температур. Для каждой из шести граней вычислительный комплекс сформировал точные временные зависимости.

Практическая польза

Подобное математическое моделирование позволяет инженерам-конструкторам обоснованно выбирать материалы обшивки и проектировать эффективную систему терморегулирования (СТР). Точные расчеты в ЛОГОС гарантируют, что аппаратура выдержит реальные перепады температур и отработает свой срок в суровых условиях космического пространства.