Temperature fluctuations of isothermal cylindrical objects with stabilized axis in circular solar-synchronized orbit

Abstract

Предложена методика расчета нестационарной температуры изотермического космического объекта цилиндрической формы с осью, стабилизированной в мировой системе координат, движущегося по круговой солнечно-постоянной орбите в плоскости терминатора. К такому классу объектов может относиться корпус телескопа трубчатой конструкции, ось которого постоянно ориентиро-вана в направлении на удаленный объект, например, звезду. Колебания уровня температуры объектов такого класса определяются периодическими измене-ниями эффективного коэффициента облученности, которые воспроизводятся от цикла к циклу полного периода обращения объекта вокруг Земли. Колебания температур в случае больших значений постоянной термической инерции, дос-тигаемых при достаточно большой толщине стенки цилиндра, могут осуществ-ляться с временной задержкой относительно изменений внешних тепловых воз-действий, определяемых варьированием коэффициента облученности. С ростом высоты орбиты средние значения эффективных коэффициентов облученности существенно уменьшаются -от десятых долей на 600 км до сотых долей на 10 000 км и до тысячных долей на геостационарной орбите. Одновременно снижается размах колебаний эффективных коэффициентов облученности, при этом возрастает вклад в энергетический баланс космического объекта мощно-сти поглощаемого солнечного излучения. С ростом высоты от 600 до 40 000 км температурный уровень объекта с абсолютно черной поверхностью понижается на 35 К, амплитуда колебаний при этом уменьшается от 5,6 до 0,4 К. Ключевые слова: космический объект, солнечно-постоянная орбита, неста-ционарный тепловой баланс космического объекта, тепловое излучение Земли, эффективный коэффициент облученностиВведение. Изучение закономерностей формирования тепловых режимов космических объектов (КО), в том числе телескопов, является актуальным направлением космических ис-следований [1][2][3][4]. Ранее нами были исследованы тепловые режимы КО сферической формы, а также осесимметричных конфигураций -цилиндрической и конической -в условиях по-стоянной ориентации их осей относительно плоскости местного горизонта (ПМГ) [5][6][7][8][9][10]. Причиной изменения температуры являлось варьирование внешних тепловых воздействий при движении таких объектов по траекториям с разной высотой над поверхностью Земли [11,12]. Существенно изменяется температура при движении объекта по траекториям с периодиче-ским заходом в тень Земли и выходом из нее [13,14].Формирование нестационарного энергетического баланса и теплового режима зависит от изменяющегося во времени воздействия на КО теплового излучения Земли при движении объекта по круговой орбите в плоскости терминатора, когда колебания поглощаемой мощно-сти земной подсветки определяются только колебаниями оси цилиндрического объекта отно-сительно линии зенит-надир и соответственно ПМГ. Такая ситуация возникает при стабили-зации оси цилиндра в мировой системе координат, например, при непрерывном наблюдении