微小卫星太阳电池阵入射角精确计算方法

本文主要探讨了卫星太阳电池阵太阳入射角的精确计算方法，作者是南京航空航天大学高新技术研究院的王立国。在微小卫星，特别是低轨太阳同步轨道卫星的设计中，太阳能电池阵的能量收集效率直接受到太阳入射角周期性变化的影响。由于这种变化，确保电池阵输出能量的准确性和能量平衡至关重要。 文章首先介绍了背景，指出许多微小卫星如航天清华一号、哈工大探索一号等采用体装式或固定展开式的太阳能电池阵，这些卫星的太阳电池阵太阳入射角会因为卫星运动而周期性改变，因此对其计算方法的需求尤为突出。作者针对这个问题，提出了基于矢量坐标变换和矢量点积的方法，这种方法能够有效处理地球阴影遮挡和处理不合理的数据，从而得到卫星在轨道周期内太阳入射角的准确变化。 具体来说，作者首先建立了地心惯性坐标系和卫星本体坐标系，并定义了坐标转换矩阵。然后，通过计算电池片外法线矢量在两种坐标系下的表示，结合太阳光在地心惯性坐标系下的矢量，推导出太阳光与电池阵面外法线之间的夹角余弦值。这个夹角即为太阳入射角，它是卫星电源系统设计和输出功率估算的关键输入参数。 文章详细阐述了如何通过数学模型求解太阳入射角，并强调了这种方法的优点，如简洁易理解、便于编程实现，适用于各种类型的凸表面体装式太阳电池阵，包括三轴稳定和自旋稳定的卫星。最后，通过一个具体的实例，展示了如何应用这种计算方法，进一步验证了其实用价值。 总结，本文的核心知识点包括：微小卫星的太阳电池阵设计，太阳入射角对能量收集和系统性能的影响，以及使用矢量坐标变换和矢量点积技术来准确计算太阳入射角的方法。这对于卫星能源管理、轨道优化和整体性能评估具有重要意义。