Модель и алгоритм расчета облученности космического объекта излучением Земли

Ссылка для цитирования:

Меденников П.А., Павлов Н.И. Модель и алгоритм расчета облученности космического объекта излучением Земли // Оптический журнал. 2024. Т. 91. № 9. С. 18–28. http:// doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-09-18-28

Medennikov P.A., Pavlov N.I. A model and algorithm for calculating the irradiation of a space object by Earth radiation [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2024. V. 91. № 9. P. 18–28. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-09-18-28

Ссылка на англоязычную версию:

Аннотация:

Предмет исследования. Модель излучения Земли для расчета спектральной плотности облученности космического объекта, представляемого полигональной моделью, при его траекторном движении над различными участками земной поверхности с учетом влияния солнечной облученности, климатической зоны, сезонного фактора, облачности, высоты орбиты. Цель работы. Разработка алгоритма расчета спектральной плотности облученности космических объектов, близкого по своим возможностям к MODTRAN и автоматически подстраивающегося под изменяющиеся условия освещения при их движении в околоземном пространстве. Метод. Математическое моделирование излучения Земли, представленной в виде совокупности (суперпозиции) точечных источников – элементарных, послойно расположенных объемных фрагментов атмосферы, опирающихся на фрагмент земной поверхности, с применением инженерных расчетных методик и численных оценок оптических характеристик атмосферы. Основные результаты. Итерационный алгоритм расчета спектральной плотности облученности элементарной площадки (фасета) космического объекта излучением Земли с программным заданием в базе данных параметров, необходимых для вычислений. Работа итерационного алгоритма проиллюстрирована примером расчета интегральной по спектру энергетической облученности находящегося на высоте 300 км космического объекта (фасета), обусловленной исходящим от Земли излучением. Практическая значимость. Представленный итерационный алгоритм расчета спектральной плотности облученности космического объекта с базой данных о параметрах земной поверхности, атмосфере, облачном покрове и др. является важным инструментом для моделирования энергетических отражательно-излучательных характеристик космических объектов в околоземном пространстве.

Ключевые слова:

моделирование, околоземное пространство, космический объект, фасет, спектральная плотность энергетической облученности, земная поверхность, атмосфера, климатические зоны, база данных

Коды OCIS: 000.3860

Список источников:

1. Молотов И.Е., Агапов В.М., Стрельцов А.И. и др. Проблемы оптического мониторинга космического мусора // Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша. 2020. № 7. 17 с. http://doi.org/10.20948/prepr-2020-7
2. Богоявленский А.И., Каменев А.А., Полуян М.М. и др. Моделирование спектроэнергетических характеристик космических объектов в оптическом диапазоне // Сибирский журнал науки и технологий. 2018. Т. 19. № 2. С. 200–211.
3. Лемешевский С.В., Чуйко М.М., Шмун А.И. и др. Математическое моделирование тепловых режимов космических аппаратов негерметичного исполнения // Информатика. 2019. Т. 16. № 4. С. 25–39.
4. Олейников М.И., Осипова В.И., Хатанзейская М.А. Моделирование отражательных характеристик космических объектов с учетом переотраженного Землей излучения Солнца // Известия ТулГУ. Технические науки. 2021. Вып. 3. С. 313–320. http://doi.org/10.24412/2071-6168-2021-3-313-320
5. Знаменский И.В., Тунгушпаев А.Т. О возможности обнаружения космических объектов в спектральном диапазоне 8–12 мкм // Фотоника. 2022. Т. 16. № 1. С. 44–58. http://doi.org/10.22184/1993-7296.FRos. 2022.16.44.58
6. Дзитоев А.М., Лаповок Е.В., Пеньков М.М. и др. Расчет влияния излучения Земли и Солнца на работу радиационных панелей космического телескопа // Оптический журнал. 2017. Т. 84. № 10. С. 48–55.
7. Standard: Solar constant and zero air mass Solar spectral irradiance tables ASTM E490-00a. 2019. 16 p.
8. Berk A., Conforti P., Kennett R., et al. MODTRAN6: A major upgrade of the MODTRAN radiative transfer code // Proc. SPIE 9088. Algorithms and Technologies for Mulispectral, Hyperspectral, and Ultraspectral Imagery XX, 90880H (June 13, 2014). https://doi.org/10.1117/12.2050433

9. Абакумова А.А., Малинова Т.П., Меденников П.А., Павлов Н.И. Программно-алгоритмический комплекс имитационного моделирования для исследования и разработки оптико-электронных систем // Оптический журнал. 2019. Т. 86. № 8. С. 56–64. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2019-86-08-56-64
10. Mc Clatchey R.A., Fenn R.W., Selby J.E.A. Optical properties of the atmosphere (revised). ReportAFCRL-71-0279. AFCRL, Bedford, 1971. 88 p.
11. Филиппов В.Л., Иванов В.П., Яцык В.С. Атмосфера и моделирование оптико-электронных систем в динамике внешних условий. Казань: изд. Казанского университета, 2015. 632 с.
12. Киселева М.С., Мирзоева Л.А., Голованов С.Н. и др. Новые методы расчета прозрачности атмосферы с использованием эффективных параметров атмосферы и оптико-электронных систем// Оптический журнал. 2006. Т. 7З. № 10. С. 76–82.
13. Дейрменджан Д. Рассеяние электромагнитного излучения сферическими полидисперсными частицами: пер. с англ. М.: изд. «Мир», 1971. 165 с.
14. Филиппов В.Л., Танташев М.В., Вендеревская И.Г. Оптическая модель атмосферы для задач расчета облученности входных зрачков оптико-электронных систем // Оптический журнал. 2014. Т. 81. № 4. С. 3–10.
15. Филиппов В.Л., Вендеревская И.Г. Модельный расчет спектральной прозрачности и яркости атмосферы в динамике погодных условий. Итоги разработки // Оптический журнал. 2017. Т. 84. № 3. С. 15–21.
16. A preliminary cloudless standard atmosphere for radiation computation. Report Int. Ass. for Meteorology and Atm. Physics WCP-112 WMO/TDNO.24. Boudler, Colorado, USA. 1984. 64p.
17. Галилейский В.П., Гришин А.И., Морозов А.М. Численное моделирование углового распределения яркости рассеянного солнечного излучения в земной атмосфере// Оптика атмосферы и океана. 2013. Т. 26. № 11. С. 1005–1007.
18. Лобанова М.А., Васильев А.В., Мельникова И.Н. Зависимость параметра асимметрии индикатрисы рассеяния // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2010. Т. 7. № 4. С. 147–157.