Способ определения индикатрис инфракрасного излучения орбитальных летательных аппаратов Советский патент 1993 года по МПК G01J5/50 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для получения в лабораторных условиях индикатрис излучения летальных аппаратов (ЛА) при внеатмосферном орбитальном полете - около Земли, Определение индикатрис излучения необходимо для решения разнооб- разных вопросов заметности ЛА в инфракрасной (ИК) области спектра.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем определения силы излучения в более широком диапазоне ракурсов ЛА относительно Солнца и Земли.

На фиг.1 приведена схема устройства для реализации предлагаемого способа определения индикатрисы излучения; на фиг.2 приведена схема облучения трехслойной пластины, представлены зависимости собственного и отраженного этой пластиной потоков излучения от длины волны А; на фиг.З показана схема пространственного положения ЛА относительно направления солнечного излучения и Земли; на фиг.4 по00

о

о

ю ю

W

казана схема положения модели ЛА в вакуумной камере относительно имитаторов Солнца и отраженного солнечного излучения, соответствующего положению ЛА, показанному на фиг.З.

Устройство для реализации способа содержит вакуумную камеру 1, двухстепенную подвеску 2, геометрически подобную модель Л А с встроенными в нее нагревателями 3, имитатор Солнца 4 с параболоидальным зеркалом 5, имитатор собственного излучения Земли б, выполненный в виде диска с регулируемой температурой поверхности, имитатор отраженного Землей солнечного излучения 7, представляющий собой вольфрамовые лампы, установленные по периметру диска таким образом, чтобы оси излучаемых ими потоков пересекали геометрический центр модели, измерительный прибор 3 (например, инфракрасный спектрометр). Двухстепенная подвеска 2 служит для установки модели ЛА е заданное пространственное положение относительно имитаторов Солнца 4, отраженного Землей солнечного излучения 7, собственного излучения Земли 6 и измерительного прибора 8,

Покажем, что предлагаемый способ позволяет определить индикатрису излучения ЛА.

Плотность потока 1, излучаемого ЛА в направление наблюдателя, складывается из плотности потоков собственного излучения 1с и отраженных потоков солнечного излучения Is, солнечного излучения, отраженного Землей Ьэ, и собственного излучения Земли

1 1С+ U+ l$s+ I

Оценим соотношение между плотностями потоков, входящих в это уравнение. Для этого рассмотрим излучение расположенной на орбите на высоте км трехслой- ной пластины единичной площади, имитирующей поверхность ЛА (верхняя и нижняя пластины разделены теплоизолято- ром), облучаемой солнечным потоком фэ и Землей (фиг.2). Для такой пластины уравнение (1) для каждой из сторон перепишется следующим образом

+ сь для верхней стороны и1н 1зь+ lch+ з для нижней стороны,

где е и 1Н - плотность потоков излучаемых соответственно верхней и нижней сторонами пластины;

10

15

20

25

30

35

40

45 50

55

ISB и ISH - плотности потоков солнечного излучения, отражаемых соответственно верхней и нижней сторонами пластины;

1св и ICH - плотности потоков собственного излучения соответственно с верхней и нижней сторон пластины;

3 - плотность потока собственного излучения Земли, отраженного нижней стороны пластины.

Соотношение между слагаемыми этих уравнений показано на фиг.2 в виде зависимостей плотности потоков 1 от длины волны А, Зависимости фиг.2 посчитаны в предложении о диффузном характере излучения и отражения пластины и Земли. Коэффициенты излучения Ј и отражения р пластины принимались следующими: е 0,1; ,9. Коэффициент излучения Јэ и альбедо. А Земли принимались равными и 0,5; ,4. Отношение коэффициента поглощения солнечного излучения пластины оь к

коэффициенту теплового излучения е(г)

варьировалось.

Зависимости фиг.2 показывают, что излучение Солнца и отраженное Землей солнечное излучение дают существенный вклад в излучение пластины при длинах волн до А 5 мкм. В диапазоне длин волн 8:15 мкм преобладающими являются отраженное- собственное излучение Земли (I3) и, если отношение коэффициента поглощения солнечного излучения пластины at к коэффициенту теплового излучения е велико, собственное излучение пластины (Ice, )сн).

Выявленные соотношения между составляющими потока излучения показывают, что в наиболее подходящем для обнаружении ЛА диапазоне длин волн ДА-8-14 мкм вклад отраженного солнечного излучения (Is) в общий лоток излучения мал и им можно пренебречь. Поэтому, если на поверхности модели воспроизведено натур- hoe распределение температур, облучение модели солнечным потоком и ее ориентирование относительно имитатора Солнца может быть исключено. Это позволяет использовать предлагаемый способ, заменив обязательное ориентирование модели в пространстве относительно имитаторов Солнца и Земли на последовательное ориентирование сначала относительно потоков солнечного и отраженного Землей солнечного излучения для выявления температуры поверхности модели, а затем, воссоздав температурное поле на поверхности модели, относительно потоков собственного излучения Земли и линии наблюдения для измерения силы излучения.

Предлагаемый способ реализуется слеАУТеТм°ебтРраи3ч°еМСки подобную модель с встроенными в нее секционными нагрева- телями 3 с помощью двухстепенной подведи 2 устанавливают в заданное пространственное положение относитель- нГпотРока излучаемого имитатором Солнца Г Включают имитатор Солнца 4 и группу вольфрамовых ламп 7. имитирующих отраженное Землей солнечное излучение.

Положение этой группы ламп на диске 6 имитирующем Землю.определяется предварительно, исходя из пространственного положения ЛА. Положение ЛА относительЈЬжзм 3

ггягмдада: жаЈ%хЈ

(ФИГИзмеряют распределение температуры по поверхности модели 3, затем все ориен- .тируют относительно имитатора Земли 6. С помощью секционных нагревателей восп- дозводят измеренное распределение тем- пТратуры и измеряют силу излучения. Повторяя описанные операции для различных положений модели относительно ца Земли и наблюдателя можно проиграть различные участки траектории полета и по- етооить индикатрисы излучения.

Предлагаемый способ проще реализуется и позволяет проигрывать различные участки траектории полета. В случае моделей простых геометрических форм с известУ/о

1

ными оптическими свойствами поверхности их температурные поля могут быть полуне- ны расчетным путем.

Формула изобретения

Способ определения индикатрис инф- рзкрасного излучения орбитальных лета- т ельных аппаратов, заключающийся в измерении в тепловакуумнои камере силы

0 излученияВраэл14чныхугловыхнаправл.ени- ях геометрически подобной модели лета- тельногоаппарата.отличающийсятем

1то с целью повышения информативности за счет обеспечения возможности опреде- 5 ления силы излучения во всем Диапазоне ракурсов летательного аппарата относи- йльно Солнца и Земли, модель летательного аппарата устанавливают в заранее заданное пространственное положение относительно имитатора Солнца, включают имитатор Солнца и группу ламп имитатора птоаженного солнечного излучения, положение которой определяют направлением солнечного излучения и ™л°жение тельного аппарата относительно освещен ной Солнцем части Земли, измеряют распределение температур поверхности модели летательного аппарата, устанавливают модель летательного аппарата в заданное положение относительно имитатора Земли воспроизводят измеренное распределение температур на модели летзтельно- о аппарата посредством встроенных секционных нагревателей, включают имитатор собственного излучения Земли и опрен. ........„ г, п отлимых УГЛОВЫХ

0

25

30

35

TOD СООСТвеишли и-з./ .---

деляют силу излучения в различных угловых направлениях.

Hfc

./о

Вт. Т

Использование: способ определения индикатрис инфракрасного излучения орбитальных летательных аппаратов может быть использован для обнаружения летательных аппаратов. Сущность: геометрически подобную модель летательного аппарата устанавливают в тепловакуумной камере в заранее заданное пространственное положение относительно имитатора Солнца, включают имитатор Солнца и группу ламп имитатора отраженного солнечного измерения, положение которой определяют направлением солнечного излучения и положением летательного аппарата относительно освещенной Солнцем части Земли, измеряют распределение температур поверхности модели летательного аппарата, устанавливают модель летательного аппарата в заданное положение относительно имитатора Земли, воспроизводят измеренное распределение температур на модели летательного аппарата посредством встроенных секционных нагревателей, включают имитатор собственного излучения Земли и определяют силу излучения в различных угловых направлениях. 4 ил. ел с

мкм

Фа,г Ј

исн

LtJltLft-ncr frjoftd.

- « У770/0

с оынэченнь/ми .