Внешний теплообмен

Доп. материал к КСМ

Космическая система видовой съемки включает орбитальный и наземный сегменты. Орбитальный сегмент состоит из функционирующего в настоящее время единичного КА Topsat 1 (Tactical Optical Satellite). Эксплуатирует систему правительственная организация QinetiQ и Национальный космический центр Великобритании BNSC (British National Space Center). Прием изображений осуществляет наземный комплекс Уэст Фро (Шотландия) и мобильные станции серии RAPIDS (Нидерланды) [19].

Вначале КА Topsat 1 в целях экономии средств создавался как аппарат двойного назначения и финансировался на долевой основе министерством обороны Великобритании и BNSC. Общая стоимость проекта – менее 14 млн. фунтов стерлингов (24, 9 млн. долларов США). Topsat 1 изготовлен в рамках 5-летней программы MOSAIC (Microsatellite Applications in Collaboration) консорциумом английских компаний во главе с компанией QinetiQ, созданной на базе агентства DERA (Defence Evaluation and Research Agency) и специализирующейся в области разработки инновационных образцов военной техники.

Первое изображение, полученное 7 декабря 2005 года с КА Topsat 1(запуск КА состоялся 27 октября 2005 г), подтвердило возможность получения космических изображений с разрешением 2, 8 м с малоразмерных КА массой 130 кг.

Главной особенностью КА Topsat 1 является оптико-электронная система массой 45 кг, построенная по схеме трехзеркального внеосевого телескопа с изломанной оптической осью и фокусным расстоянием 1, 68 м (диаметр апертуры 0, 2 м). В фокальной плоскости телескопа расположены линейные ПЗС-матрицы компании Кодак длиной 6000 элементов (размер элемента 7 мкм) для панхроматической съемки и 3 ПЗС-матрицы длиной по 2000 элементов для многоспектральной съемки (размер элемента 14 мкм). Система обеспечивает панхроматическую съемку в надир с разрешением 2, 8 м в кадре размером 17× 17 км. Пространственное разрешение в режиме многоспектральной съемки составляет 5-7 м (спектральные каналы: 0, 4-0, 5; 0, 5-0, 6 и 0, 6-0, 7 мкм). Отличия полученных значений от первоначально заявленных (2, 5 м/ 5м) связаны с использованием солнечно-синхронной орбиты высотой 690 км вместо первоначально запланированной высоты 600 км. Для сокращения периода повторной съемки КА может отклоняться на угол ±30º от направления в надир. В целях улучшения качества изображения и увеличения времени накопления сигнала применяется технология накопления сигнала TDI (4-х или 8-ми кратное замедление), достигаемое тангажным разворотом корпуса КА относительно направления на объект съемки. Из-за демонстрационного характера программы КА имеет невысокую производительность – 5 кадров/сутки [19]. Общий вид КА Topsat 1 приведен на рис.1.29 [8].

Рис.1.29 - Общий вид КА Topsat 1

В процессе дистанционного зондирования аппаратура, в зависимости от типа, может воспринимать электромагнитное излучение от глубокого ультрафиолета до радиодиапазона. Однако, атмосфера и ионосфера поглощают некоторые участки спектра и информация, содержащаяся в них, теряется.

При наблюдении в видимом диапазоне аппаратура принимает отраженное от объектов солнечное излучение, прошедшее через атмосферу. Наблюдения в этом диапазоне проводятся при углах солнца более 10⁰, и объекты не должны быть закрыты облаками. Преимуществом диапазона является возможность получения высокоинформативных изображений (высокое пространственное и фотометрическое разрешение) с помощью фото- и оптико-электронной аппаратуры.

В дальнем инфракрасном диапазоне проводятся наблюдения за объектами с использованием их собственного излучения. Наилучшим временем наблюдения является ночь. При этом обнаруживаются объекты не только на поверхности Земли, но и находящиеся под ней.

Наблюдение в радиодиапазоне практически не зависит от облачности и времени суток, что
позволяет использовать его для оперативного наблюдения за регионами с неблагоприятной
метеорологической обстановкой. Использование радиоволн позволяет проводить зондирование
глубинных образований, причем, чем длиннее волна, тем больше глубина зондирования. Отрицательной
стороной использования радиолокационной аппаратуры является необходимость в относительно
мощных источниках энергии.

Состав аппаратуры дистанционного зондирования определяется целевым назначением съемки, которое определяет спектральный диапазон и линейное разрешение. Наибольший интерес, в силу высокой информативности, представляет излучение в видимом и инфракрасном участках спектра.

Длины волн наблюдения имеют четкую целевую ориентацию. Различные вещества, минералы, растения, искусственные структуры отражают видимое и инфракрасное излучение в соответствии с их молекулярной структурой, например, цвет скальных пород и грунта определяется содержанием соединений железа. Участки поверхности, богатые железом, представляются в красных, бурых или желтых тонах, т.к. распространенные соединения железа поглощают более короткие волны, соответствующие синему и зеленому цветам. Состояние зеленой растительности характеризуется содержанием хлорофилла, которому соответствует диапазон 0.42-0.58 .

" Сквозной тракт" включает в себя все объекты и процессы, формирующие информационный массив: снимаемую поверхность, атмосферу, систему наведения, оптическую систему, приемник излучения, подсистемы управления, считывания, оцифровки и сжатия информации, бортовой радиокомплекс, радиолинию связи, наземный комплекс управления, приема и обработки информации.

Снимаемая поверхность представляет собой пространственное распределение альбедо (отношение количества отраженного объектом электромагнитного излучения к падающему на него) (x,, у) поверхности Земли в соответствующей спектральной полосе. Для Земли интегральное альбедо составляет 0.34.

Атмосфера характеризуется долей пропускаемого излучения () на различных длинах волн (), что связано с поглощением излучения различными компонентами атмосферы, рассеиванием и другими возмущениями, вносимыми из-за наличия неоднородностей. Области с высокими значениями называются " окнами прозрачности атмосферы ". Земная атмосфера хорошо пропускает в видимом и большей части инфракрасного диапазона.

Система наведения предназначена для нацеливания (сканирования) и удержания с заданной точностью оптической оси системы на выбранной области или объекте. В современных системах для этого используются поворотное зеркало, поворотная платформа с установленной на ней аппаратурой наблюдения, нацеливание всего космического аппарата. Для наведения оптической оси могут использоваться как программный так и интерактивный методы (с оператором и при отсутствии оператора).

Оптическая система служит для формирования на приемнике излучения изображения снимаемой
поверхности. Одной из основных ее характеристик, используемых для согласования с приемником
излучения, является диаметр кружка рассеяния. Чем он меньше, тем качественнее и сложнее, а,
следовательно, и дороже объектив. Эта характеристика напрямую связана с фокусным расстоянием
объектива f и его относительным отверстием F.

Приемник излучения характеризуется: размером чувствительного элемента, числом
чувствительных элементов, чувствительностью, рабочим спектральным диапазоном и динамическим
диапазоном. В современных оптико-электронных системах наиболее широко используются приемники
на основе ПЗС линеек и ПЗС матриц. В последнее время ведутся активные работы по использованию
приемников изображения на основе фототермопластов, обладающих более высокой информационной плотностью и позволяющих длительное время хранить изображение без дополнительного запоминающего устройства.

Подсистема управления, считывания, оцифровки и сжатия информации ПЗС матрицы обеспечивает считывание, усиления и преобразование аналоговых сигналов в цифровые, формирование кадра изображения сжатие изображения с заданным быстродействием. Для фототермопластического приемника изображения необходима специальная подсистема считывания изображения. Одним из основных параметров, характеризующих качество оцифровки изображения, является число уровней градации яркости (обычно 256 градаций от 0 до 255, что соответствует 8-битному представлению). Для уменьшения информационного потока, идущего в радиокомплекс и затем радиоканал, используются различные алгоритмы сжатия изображения. Современные алгоритмы позволяют сжимать его в 20 и более раз. Двух и трехкратное сжатие не приводит к существенной потере полезной информации, однако, с дальнейшим увеличением степени сжатия резко возрастает ее потеря.

Существующие в настоящее время методы съемки можно условно разделить на два основных: маршрутный и объектовый.

Выбор метода съемки зависит от типа используемого приемника изображения (линейка или матрица), способа наведения и сканирования оптико-электронной системы, характеристик системы ориентации и стабилизации, емкости бортового запоминающего устройства и пропускной способности бортового радиокомплекса.

При маршрутной съемке снимается непрерывная полоса (маршрут) на поверхности Земли. В том случае, когда визирная ось оптико-электронного комплекса направлена в подспутниковую точку или параллельно трассе полета, длина полосы ограничивается только возможностями запоминающего устройства, бортового радиокомплекса и зоной радиовидимости. В остальных случаях длина полосы определяется сложным характером движения спутника относительно поверхности Земли.

Так как матричный приемник снимает кадр целиком, то в каждый момент времени в поле зрения оптико-электронного комплекса оказывается некоторый участок поверхности. Поэтому для получения маршрута необходимо делать кадры с некоторым перекрытием порядка 10 -15 %.

Использование объектового метода съемки основано на том, что снимается не полоса на поверхности Земли, а лишь отдельные объекты, находящиеся в полосе обзора. При этом, изображение представляет собой кадр либо несколько кадров. Главным достоинством метода можно считать то, что информационный поток хотя и остается таким же как и при маршрутной съемке, но его длительность значительно сокращается. Это значительно упрощает решение вопроса согласования оптико-электронного комплекса с запоминающим устройством и радиокомплексом.

Получаемые в оптическом диапазоне спектра изображения разделяются на панхроматические и
спектрозональные.

Снимаемая поверхность, освещенная солнечным светом, характеризуется коэффициентом отражения (альбедо), который меняет свое значение в зависимости от длины волны. Для различных типов поверхности (песок, снег, вода, растительность, и т.п.) экспериментально получены зависимости коэффициента отражения от длины волны излучения. Эти параметры играют большую роль при планирования съемки, самого процесса съемки и обработки результатов наблюдения. Следует отметить, что кроме отраженного солнечного излучения от объектов съемки исходит их собственное излучение.

Любой приемник изображения регистрирует суммарную энергию либо во всем рабочем диапазоне (панхроматическое изображение), либо только в некоторой выделенной полосе (спектрозоналъное изображение), проводя тем самым ее усреднение.

При панхроматической съемке происходит регистрация отраженного излучения в широком диапазоне длин волн. В результате чего регистрируется некое усредненное отраженное излучение. При рассмотрении изображения, полученного таким способом, человек наблюдает черно-белую картинку. По ней он может произвести обнаружение и определение геометрических размеров различных объектов. Следует заметить, что возможна ситуация, когда на изображении могут находиться несколько различных объектов, имеющих одинаковый усредненный коэффициент отражения. В этом случае их иногда можно интерпретировать как объекты одинакового класса, а при наличии у двух и более из них общих границ или нахождении одного на фоне другого, их можно принять за один объект. Поэтому для изучения поверхности Земли и применяют спектрозоналъную съемку.

При спектрозональной съемке регистрируется усредненное излучение от поверхности уже в достаточно узких диапазонах спектра. В результате на изображении достаточно отчетливо можно селектировать объекты, имеющие максимальное отражение в этом диапазоне, и оценить его значение. При этом само изображение будет также черно-белым (с помощью специальных способов его можно отобразить монохромным в условном цвете).

В результате получения серии изображений одного участка местности в панхроматическом и спектрозональных каналах можно производить исследование различных его характеристик с целью получения требуемой информации.

При панхроматической и спектрозональной съемке получаются монохроматические изображения. Однако, для некоторых задач требуется получение цветного изображения. Цветное изображение синтезируется из нескольких спектрозональных. Существует множество алгоритмов синтезирования, но принцип их одинаков.

Оптические системы делятся на три группы:

линзовые, в которых лучистый поток перераспределяется в результате прохождения через преломляющие среды;

зеркальные, в которых лучистый поток перераспределяется в пространстве в результате отражения от одного или нескольких зеркал различной формы;

зеркально-линзовые, сочетающие в себе свойства линзовых и зеркальных объективов.

К основным характеристикам оптических систем относятся: фокусное расстояние, угол полязрения, относительное отверстие, рабочий спектральный диапазон, разрешающая способность и пропускание.

Фокусное расстояние f - расстояние от главной плоскости объектива до соответствующего фокуса. Современные фотообъективы имеют фокусные расстояния от 10 мм (и менее) до 3000 мм (и более) и условно подразделяются на три группы:

короткофокусные - фокусное расстояние меньше диагонали кадра;

нормальные - фокусное расстояние равно диагонали кадра;

длиннофокусные - фокусное расстояние больше диагонали кадра. Относительное отверстие D/f определяет освещенность фокальной плоскости и, следовательно, яркость получаемого оптического изображения.

Разрешающая способность объектива характеризуется максимальным количеством близко расположенных линий (предметов), раздельно изображаемых объективом на протяжении одного миллиметра плоскости изображения.

Математически объектив представляет собой устройство, преобразующее пространство снимаемого объекта в пространство изображения этого объекта. Для оценки качества получаемого изображения используются специальные тест-объекты (миры), обычно представляющие собой простую или радиальную решетку, различных размеров (пространственной частоты) и контраста.

В качестве примера рассматривается такой объект в виде простой решетки, имеющей синусоидальное распределение освещенностей Е₀ и E_i.

Мира характеризуется углом ориентации а и периодом шага p либо пространственной частотой v=l/p.

Как видно, распределение освещенности Е_i имеет другие амплитуду и период, кроме того оно сдвинуто на величину g.

Амплитуда освещенности представляется модуляционными функциями (контрастом) М=[Е_max –E_min]/[E_max + E_min]. Контраст является нормированной величиной и, поэтому, безразмерной.

Основной характеристикой объектива, характеризующей его как устройство преобразования, является частотно-контрастная характеристика T(v’, a’)=M, (v’, a’)/M₀(v, а), которая оценивает изменения в модуляции.

Приемники изображения в оптико-электронных системах регистрируют суммарный поток излучения во всем рабочем диапазоне длин волн, идущий от снимаемой поверхности. Поэтому, для получения изображений в узких спектральных диапазонах применяются разнообразные фильтры.

На современном этапе развития оптических систем наибольшее распространение получили интерференционные фильтры, изготовляемые методом напыления. Принцип работы которых основан на " вырезании" из видимого диапазона отдельных длин волн. Таким образом, для получения узкой спектральной полосы необходимо создать " бутерброд" состоящий из нескольких фильтров, которые " отрежут" все лишнее.

Большим недостатком при использовании таких фильтров является то, что для проведения съемки в нескольких спектральных диапазонах необходимо иметь фильтр на каждый диапазон. Таким образом, на борту спутника, осуществляющего спектрозоналъную съемку, необходимо иметь либо механическую обойму с фильтрами либо несколько раздельных оптических трактов.

С появлением монокристалла парателлурита возник новый класс фильтров - электронно- перестраиваемый акустооптический фильтр. Такой фильтр обладает исключительно высоким быстродействием, что позволяет реализовать режимы спектрального анализа, принципиально отличные от возможностей традиционных оптических систем, например, режим быстрого линейного сканирования анализируемого спектра.

Принцип действия акустооптического фильтра основан на явлении селективной анизотропной дифракции света на акустооптических волнах в кристаллах. Бегущая акустооптическая волна, генерируемая преобразователем, распространяется в твердом кристалле и вызывает локальные сжатия и растяжения. Локальные напряжения изменяют коэффициент преломления среды вследствие упругопластического эффекта. В среде возникает наведенная решетка показателя преломления. При прохождении света под углом Брега через тонкую многослойную структуру возникает дифракция. Дифрагированный свет также распространяется под углом Брега относительно волнового фронта акустической волны. Его поляризация повернута на угол 90° относительно плоскости поляризации падающего света, так, что дифрагированный свет проходит через анализатор. Спектральная ширина дифрагированного луча чрезвычайно мала (менее 10 нм). Частота управляющего сигнала, вырабатываемого блоком управления, определяет длину волны дифрагированного света.

LENS MAJOR PERFORMANCE

Алгоритм планирования съемки, получения и обработки видеоинформации

Общий алгоритм планирования съемки, получения и обработки видеоинформации отражает основные этапы процесса дистанционного зондирования от момента подачи пользователем заявки на съемку какого-либо объекта до момента получения требуемой информации.

Весь процесс может быть разбит на несколько этапов. Часть из них выполняется до начала съемки, другая часть в процессе съемки и после ее завершения.

До начала съемки пользователи выдают заявки, где указывают, что они желают отснять, с каким разрешением, в каком диапазоне спектра, при какой высоте Солнца и т.д. Все эти сведения собираются в центре управления полетом и анализируются. Далее проводится проверка наличия затребованных заказчиком снимков в банке видеоинформации. Возможно затребованные объекты уже снимались ранее и проводить новую съемку нет необходимости. Если таких снимков нет, то запрос включается в перечень объектов, подлежащих съемке.

Планирование является следующим этапом. План составляется для каждого витка, который проходит над территорией заказчиков информации. После составления плана, информация о моментах включения и выключения съемочной аппаратуры и углах визирования ее оптических осей передаются через командную радиолинию на борт космического аппарата и поступают в память бортового управляющего компьютера.

Когда космический аппарат подлетает к зоне съемки бортовой компьютер согласно плану съемки выставляет ось визирования камеры на первый объект, включенный в план, в заданный момент включает камеру, начиная съемку, и, соответственно, передачу отснятого материала на Землю. Если снимается обзорный кадр с малым разрешением, то оператор в соответствии с планом может просмотреть еще несколько фрагментов этого обзорного кадра с большим разрешением. После завершения съемки одного объекта или маршрута) ось визирования камеры в соответствии с заложенным в бортовой компьютер планом переориентируется на следующий объект, в заданный момент начинается съемка и передача информации на Землю и т.д. до момента завершения программы съемки на витке.

Принятая на Земле информация подвергается обработке. Обработку видеоинформации принято разделять на предварительную (первичную) и вторичную.

Задачи предварительной обработки включают в себя анализ, каталогизацию и систематизацию полученных изображений, а также проведение операций подавления шумов, коррекцию геометрических искажений, нормализацию, изменение диапазона яркостей (преобразование гистограмм), подчеркивание границ, компенсацию искажений, медианную и процентильную фильтрацию и ряд других операций.

Большинство простейших операций предварительной обработки можно выполнять в темпе приема информации. Результатом предварительной обработки является изображение свободное от шумов и геометрических искажений и пригодное для дальнейшей обработки в интересах какой-либо отрасли (например, экологии, сельского хозяйства, геологии и т.п.).

Вторичная обработка и распознавание проводятся в интересах какого-либо определенного заказчика информации и имеют соответствующую специфику. Причем, эта обработка может быть как автоматизированной, т.е. осуществляемой оператором-дешифровщиком с помощью компьютера, так и полностью автоматической, осуществляемой без участия человека. В зависимости от вида обработки различаются и требования к алгоритмам обработки и представления (визуализации информации).

Человеку, как правило, удобнее работать с цветными или черно-белыми картинками, на которых возможно выделение областей с одинаковой или близкой яркостью. Компьютер, как правило, " предпочитает" иметь дело с некоторыми вторичными или производными от изображения признаками, такими, например, как преобразования Фурье, Адамара или подобными им.

Результатом вторичной обработки и распознавания является полностью дешифрированный снимок, оформленный требуемым в данной отрасли образом, с соответствующим описанием (легендой), который передается потребителю и с его разрешения помещается для хранения в базу видеоданных.

ПЗС фотоприемник	Примечание
	Линейка 2048 фотодиодов размером 10х12 мкм в технологическом держателе
	Матрица с переносом кадра 1154х576, 16х16 мкм, стыковка по трем сторонам, антиблюминг
	4 линейки по2048 фотодиодов 15х15 мкм, светофильтры: R, G, B и панхроматический, либо интерференционные
	Полнокадровая матрица 800х800 пикселов, размером 15х15мкм, 4 секции 800х200 2 выходных регистра
	ВЗН 256х128 пикселов, разме-ром 16х12мкм. Высокая чувствительность. Изменение чувствительности в 2, 4.8 раз
	1024х1024 пикселов, разме-ром 16х16мкм. Высокая чувствительность. Зарядовая ёмкость130000 е. Шум 15 е. Конструкция обеспечивает стыковку по трем сторонам
	1140х1060 пикселов размером 16х16мкм Высокая чувствительность
	ВЗН, 1024х128 пикселов размером 9х9мкм. Изменение числа шагов накопления: 2, 4, 8, 16 раз. Зарядовая ёмкость70000 е. Шум 50 е.
	ВЗН 512х128 пикселов разме-ром 12х12мкм. Изменение числа шагов накопления: 2, 4, 8, 16 раз. Дискретное измене-ние направления переноса заряда: ±7, 5° от направления столбцов
	ВЗН 512х128 пикселов, раз-мером 12х12мкм. Шаг распо-ложения пикселов по столбцу линейно изменяется от 12 до 24 мкм. Изменение числа ша-гов накопления: 2, 4, 8, 16 раз УП
	ВЗН 512х128 пикселов разме-ром 12х12мкм. Изменение числа шагов накопления: 2, 4, 8, 16 раз переменный наклон столбцов от -25, 6° до+25, 6° с шагом 0, 1°

Оценка информационной производительности

Информационная производительностьявляется одной из важных характеристик выполнения КС ряда задач ДЗЗ. В диссертации информационная производительность КА ДЗЗ оценивается площадью изображения земной поверхнос­ти, полученной целевой съемочной системой (ЦСС) за один сеанс передачи информации с борта КА на НКПОР.

При разработке модели оценки информационной производительности КА предполагаются известными следующие параметры:

- режим работы ЦСС - маршрутная съемка;

- модель Земли - сфероид с радиусом ;

- высота орбиты функционирования КА - H;

- полоса захвата ЦСС - ;

- пространственное разрешение ЦСС - R;

- угол возвышения антенны НКПОР - .

В качестве ограничения принимается пропускная способность (скорость) радиолинии передачи целевой информации с КА на НКПОР - . Оценка информационной производительности КА предполагает решение двух задач. Первая задача связана с оценкой потока информации ЦСС, вторая – с оценкой времени нахождения КА в зоне видимости НКПОР.

Оценка потока информации ЦСС: = ,

где - количество типов ЦСС (i = 1, …, n), - количество спектральных каналов ЦСС (j = 1, …, m), - количество кадров на маршруте; - количество пикселей; - разрядность информации (количество бит на пиксел изображения).

Количество пикселей определяется в виде: , если - целое, , если - дробное, где - диаметр фокальной плоскости ЦСС; - размер пикселя приемного устройства ЦСС.

Диаметр фокальной плоскости и размер пиксела определяются в виде: ; , где - фокусное расстояние объектива ЦСС: , - относительное отверстие объектива; - диаметр апертуры объектива. Диаметр апертуры объектива определяется из основного дифракционного уравнения по формуле: , где - коэффициент, зависящий от формы апертуры объектива, отношения характерного размера объектива (для круглой апертуры - это её радиус) к длине волны и других параметров; - среднее значение длины волны используемого участка спектра; - высота орбиты КА; и - коэффициенты, характеризующие технологические и энергетические потери ( =1, 1; =1, 3); - пространственное разрешение.

Относительное отверстие объектива определяется для заданного разрешения R из условия согласования диаметра кружка рассеивания оптической системы и размера пиксела приемника:

- для камеры; - для телескопа. Время нахождения КА в зоне видимости НКПОР (рис.1): = * , где - период орбиты КА: , - радиус Земли; - гравитационный параметр; - угловая дальность связи КА с НКПОР. Угловая дальность (рис.1): = 90 - ( + ) [град], где - угол обзора поверхности Земли, при известном значении определяется в виде: . Информационная производительность : = , где - площадь поверхности Земли 1-го кадра.

Рисунок 1 - Зона видимости КА

УСЛОВИЯ ТЕПЛООБМЕНА КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА

Внешний теплообмен

Космический аппарат представляет собой сложное устройство, предназначенное для автономного функционирования в весьма жестких тепловых условиях космического пространства. Если, например, на поверхности Земли в различных климатических зонах температура атмосферы, а соответственно и тел в этой атмосфере, может находиться в диапазоне от -70 до +70°С и эти предельные температурные условия считаются крайне тяжелыми, то температура в различных точках поверхности КА в один и тот же момент времени может находиться в диапазоне от -150 до +150°С. Устанавливаемая на борту космического аппарата аппаратура в большинстве своем работоспособна при температуре от 0 до +40°С. Однако, часто требуется и более узкий диапазон температур.

В космосе основным процессом теплообмена КА и его элементов с окружающим пространством является излучение. Внешняя поверхность КА подвергается воздействию потоков энергии, излучаемой Солнцем, планетами, и так называемой фоновой радиации (излучение галактик, звезд и т. п.). Кроме того, некоторое количество энергии выделяется на поверхности аппарата, находящегося вблизи планет, в результате столкновения с атомами и молекулами верхних слоев атмосферы.

В свою очередь, поверхность КА излучает в окружающее пространство энергию, состоящую из поглощенного внешнего теплового потока и тепловой энергии, поступающей к ней из аппарата.

Солнце является основным источником излучения в околосолнечном пространстве. Плотность солнечного излучения составляет у Земли около и изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния от Солнца. Излучение планеты состоит из отраженного солнечного излучения и собственного излучения, определяемого ее температурой. Интегральное количество энергии, идущее от поверхности планеты,

практически равно количеству солнечной энергии, падающей на нее. Отраженная энергия пропорциональна альбедо планеты.

Таким образом, для элемента внешней поверхности можно записать тепловой баланс:

где - соответственно масса единицы поверхности элемента, его теплоемкость и температура; - внешний лучистый тепловой поток, падающий на поверхность КА; -молекулярный тепловой поток, поглощенный элементом поверхности; Фвн - количество тепла, подведенное к элементу поверхности от смежных элементов КA; - коэффициент поглощения и степень черноты элемента поверхности.

Существенной особенностью теплообмена КА в космосе является то, что внешний лучистый теплообмен происходит между телами, имеющими существенно различные температуры. Так, Солнце имеет эффективную температуру 5800±15 К, при которой 92%, излученной энергии приходится на диапазон длин волн от 0, 3 до 3, 0 мкм. Температура поверхности КА и планет существенно ниже и основная энергия их излучения приходится на диапазон длин волн более 4 мкм (для тел, имеющих температуру ниже 400 К). Это позволяет, подбирая поверхности с определенными селективными свойствам, иметь существенно разные коэффициенты поглощения солнечной радиации и собственной степени черноты ε.

Придание определенных оптических свойств поверхности тела может быть осуществлено нанесением на его поверхность специальных (" оптических") покрытий c необходимой характеристикой .

Солнечная радиация, отраженная от поверхности планеты, имеет спектральный состав, близкий к спектральному составу радиации, падающей на планету. Поэтому коэффициент еепоглощения может быть принят равным коэффициент упоглощения солнечной радиации.
Коэффициент поглощения собственного излучения планеты при расчетах теплового режима КА обычно принимается равным степени черноты поглощающей поверхности.

В итоге тепловой баланс элемента поверхности может быть записан следующим образом:

где собственные тепловые потоки прямого солнечного излучения, излучения Солнца, отраженного от планеты, собственного излучения планеты, падающие на элемент поверхности.