Расчет облученности в точках на поверхности земли, создаваемой космическим аппаратом, излучающим в инфракрасном диапазоне
Автор: А. В. Бельков, М. В. Валов, А. П. Жуков, С. В. Пономарев
Журнал: Космические аппараты и технологии.
Рубрика: Космические услуги
Статья в выпуске: 2, 2026 года.
Бесплатный доступ
В статье приведены метод и результаты расчета облученности на поверхности Земли в инфракрасном диапазоне, создаваемой тепловым излучением космическим аппаратом. Численное решение задачи получено с использованием программного пакета ANSYS. Данный пакет позволяет рассчитывать радиационный теплообмен между телами, имеющими сложную геометрию. В качестве исходных данных использовалось распределение температур на поверхности спутника, полученное при решении отдельной задачи. В ней учитывались падающие на поверхность внешние радиационные потоки, выделение тепла внутри космического аппарата, радиационное взаимодействие между элементами конструкции. Решение задачи облученности строилось в два этапа. На первом этапе определялось угловое распределение силы инфракрасного излучения космического аппарата на различных расстояниях от него. На основе этих данных выделялись ближняя и дальняя зоны. В ближней зоне сила инфракрасного излучения зависела как от направления распространения излучения, так и от расстояния до космического аппарата. В дальней зоне сохранялась зависимость только от направления. На втором этапе по рассчитанному распределению силы инфракрасного излучения в дальней зоне определялись облученности в точках на поверхности Земли (влияние атмосферы не учитывалось). Результаты показывают, что величина облученности уменьшается с увеличением расстояния до космического аппарата, панели солнечных батарей вносят значительный вклад в величину облученности.
Инфракрасное излучение, космический аппарат, облученность, сила излучения, ближняя зона, дальняя зона, численное решение
Короткий адрес: https://sciup.org/14138843
IDR: 14138843 | УДК: 536.3+629.783 | DOI: 10.26732/j.st.2026.2.06
Calculation of irradiance at points on the earth's surface created by a spacecraft emitting in the infrared range
This article presents a method and results for calculating infrared irradiance on the Earth's surface generated by thermal radiation from a spacecraft. The numerical solution was obtained using the ANSYS software package. This package allows for calculating radiative heat exchange between bodies with complex geometries. The initial data used was the satellite's surface temperature distribution, obtained by solving a separate problem. It took into account external radiation fluxes falling on the surface, heat generation inside the spacecraft, and radiation interactions between structural elements. The solution to the irradiance problem was constructed in two stages. In the first stage, the angular distribution of the spacecraft's infrared radiation intensity was determined at various distances from it. Based on this data, near and far zones were distinguished. In the near zone, the strength of infrared radiation depended on both the direction of radiation propagation and the distance to the spacecraft. In the far zone, only the direction dependency remained. In the second stage, the calculated distribution of infrared radiation strength in the far zone was used to determine irradiances at points on the Earth's surface (the influence of the atmosphere was ignored). The results show that the irradiance value decreases with increasing distance from the spacecraft, with solar panels making a significant contribution to the irradiance value.
Список литературы Расчет облученности в точках на поверхности земли, создаваемой космическим аппаратом, излучающим в инфракрасном диапазоне
- Зиновьев Ю. С., Мишина О. А., Захаров А. Ю., Хатанзейская М. А. Методика оценки характеристик обнаружения оптико-электронной системы ГЕОДСС наземного базирования // Труды МАИ. 2019. № 109. С. 1–22. doi: 10.34759/trd-2019-109-16.
- Знаменский И. В., Тихомиров А. А. Система обзора космического пространства для мониторинга объектов техногенного происхождения // Оптика атмосферы и океана. 2022. Т. 35. № 12. С. 1051–1057. doi: 10.15372/АОО20221213.
- Wenhao Li. Modeling and research of a space-based spacecraft infrared detection system // Applied Optics. 2017. vol. 56. no. 9. рр. 2428–2433.
- Xiang-Yin Lv, Jin Wei Infrared contrast characteristic of satellites // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. vol. 711. doi: 10.1088/1757-899X/711/1/012088.
- Hafemeister D. W. Infrared Monitoring of Nuclear Power in Space // Science & Global Security. 1989. vol. 1. no. 1–2. рр. 109–128.
- Hui Zhang. Polarization characteristics of infrared radiation of space object // Proc. SPIE 12169. Eighth Symposium on Novel Photoelectronic Detection Technology and Applications. 121691R (27 March 2022). doi: 10.1117/12.2622384.
- Hao Zhang. Modeling and analysis of infrared radiation dynamic characteristics for space micromotion target recognition // Infrared Physics & Technology 2021. vol. 116. pp. 1–11. doi: 10.1016/j.infrared.2021.103795.
- Amir Labibian. Development of a radiation based heat model for satellite attitude determination // Aerospace Science and Technology. 2018. vol. 82–83. pp. 479–486. doi: 10.1016/j.ast.2018.09.031.
- Tachikawa S. Advanced passive thermal control materials and devices for spacecraft: a review // International Journal of Thermophysics 2022. 43:91. pp. 1–37. doi: 10.1007/s10765-022-03010-3.
- Ning Li. Graphene/epoxy coating with radiation heat dissipation properties for spacecraft thermal management // Chemical Engineering Journal 2025. 519. 165105. pp. 1–7. doi: 10.1016/j.cej.2025.165105.
- Bing Qin. Space-to-ground infrared camouflage with radiative heat dissipation // Light: Science & Applications 2025. 14:137 рр. 1–10. doi: 10.1038/s41377-025-01824-y.
- Corpino S. Thermal design and analysis of a nanosatellite in low earth orbit // Acta Astronautica 2015. vol. 115. pp. 247–261. doi: 10.1016/j.actaastro.2015.05.012.
- ReyeSL. A. Thermal modeling of CIIIASat nanosatellite: A tool for thermal barrier coating selection // Applied Thermal Engineering. 2020. vol. 166. P. 114651. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2019.114651.
- Martin T. N., Bevilacqua R. Thermal modeling and analysis of a Cube Satellite: passive thermal coating observatory operating in low earth orbit (PATCOOL) // Journal of Small Satellites. 2021. vol. 10. no. 3. pp. 1061–1074.
- Соболев Д. Д., Симаков С. П. Исследование теплового состояния наноспутника SamSat-M // Тепловые процессы в технике. 2021. Т. 13. № 2. С. 85–96. doi: 10.34759/tpt-2021-13-2-85-96.
- Yi Shi. Numerical analysis of thermal radiation of spacecraft on orbit based on SINDA/FLUINT // E 3S Web of Conferences 261. 2021. 02024. doi: 10.1051/e3sconf/202126102024.
- Белов С. В., Бельков А. В., Жуков А. П., Павлов М. С., Пономарев С. В. Тепловое состояние наноспутника при нестационарном тепловыделении на радиоэлектронных элементах полезной нагрузки // Космические аппараты и технологии. 2024. Т. 8. № 1. С. 7–16.
- Уонг Х. Основные формулы и данные по теплообмену для инженеров. М.: Атомиздат, 1979. 216 с.