用于阻力最小化与寿命延长的甚低地球轨道卫星几何优化
流体动力学
2022-10-19 v1 计算物理
摘要
利用甚低地球轨道（VLEO）区域可带来显著的应用特定、技术、操作与成本效益。然而，实现持续且经济可行的VLEO飞行具有挑战性，主要由于残存大气引起的显著、难以预测且动态变化的阻力，除非通过主动与被动技术结合来缓解，否则会导致任何航天器轨道的快速恶化。本文通过优化卫星外形来解决一种被动方法，以实现大气阻力最小化从而延长运行寿命。与以往该领域的研究相反，本文保持恒定内部体积以考虑卫星仪器与载荷在结构内部的布置。此外，卫星几何并非启发式变动，而是通过专门开发的数值二维轮廓优化进行优化。由所得最优卫星轮廓推导出三维卫星体，随后通过开源粒子代码PICLas中的直接模拟蒙特卡洛方法进行验证。另外，提出并评估了基于完全镜面粒子反射假设的非传统设计，即环形几何。与类GOCE参考体相比，优化卫星几何实现了高达46%的纯被动寿命延长，而上述环形几何实现了超过3000%的被动寿命延长。最后，本文给出了依赖于不同表面特性的VLEO卫星设计建议。
引用
@article{arxiv.2202.11779,
title = {Optimisation of VLEO Satellite Geometries for Drag Minimisation and Lifetime Extension},
author = {Franziska Hild and Constantin Traub and Marcel Pfeiffer and Julian Beyer and Stefanos Fasoulas},
journal= {arXiv preprint arXiv:2202.11779},
year = {2022}
}