轨道·环境预设
外部热环境
卫星·表面特性
热平衡动画(入射热流 vs T⁴辐射)
入射热量恒定时,机体逐渐升温,直到辐射 Q_emit = εσA·T⁴ 与 Q_abs 平衡,温度稳定在 T_eq。验证示例:1 AU 处的黑体平板(α=ε,F=1)达到 T_eq ≈ (Gs/4σ)^¼ ≈ 279 K,即地球的有效温度。
▲ 放热板面积 vs 设计温度(Q_int 变化)
理论·主要公式
热平衡(稳态):$Q_{in}= Q_{out}$
$$Q_{in}= \alpha_s A_s G_s + \alpha_s A_s a G_s F_{alb}+ \varepsilon_{IR}A_{IR}q_{IR}+ Q_{int}$$
$$Q_{out}= \varepsilon \cdot A_{total}\cdot \sigma \cdot T^4$$
均衡温度:
$$T_{eq}= \left(\frac{Q_{in}}{\varepsilon \cdot A_{total} \cdot \sigma}\right)^{1/4}$$
放热板尺寸:$A_{rad}= Q_{reject}/(\varepsilon \sigma T_{rad}^4 - q_{abs})$
具体计算例
气象卫星(GEO、东经140°)示例:太阳常数gs=1361 W/m²、地球红外qir=240 W/m²、反照率alb=0.3、吸收率alpha=0.8、卫星表面积5 m²、内部发热80W。日照时吸收热Q_in=(1361×0.8+240×0.8+1361×0.3×0.8)×5+80≒6,500W,放热板面积A_rad=6,500/(0.95×5.67×10⁻⁸×(353K)⁴)≒1.8 m²。日陷时(仅地球红外+内部发热)T_ecl≒250K(-23°C)。