(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210759740.8 (22)申请日 2022.06.30 (71)申请人 哈尔滨工业大 学 地址 150000 黑龙江省哈尔滨市南岗区西 大直街92号 (72)发明人 骆吉洲　李兴冀　杨剑群　武磊　 吕钢　 (74)专利代理 机构 北京隆源天恒知识产权代理 有限公司 1 1473 专利代理师 万娟 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/25(2020.01) G06F 9/50(2006.01) G06F 111/08(2020.01)G06F 113/28(2020.01) (54)发明名称 一种航天器表面原子氧或紫外通量的蒙特 卡罗模拟方法 (57)摘要 本发明提供了一种航天器表面原子氧或紫 外通量的蒙特卡罗模拟方法， 涉及航天器仿真计 算技术领域， 所述方法包括： 创建主线程和子线 程， 主线程将航天器各运动轨迹点上的随机实验 参数统一到本体坐标系后， 按照航天器组件结构 关系将航天器表面剖分的多个多边形网格单元 分成第一结构单元和第二结构单元， 并为各个子 线程分配模拟 任务； 每个子线程根据所述模拟任 务， 得到模拟粒子的位置坐标和相对运动方向， 并通过第一结构单元和所述第二结构单元计算 每个模拟粒子碰触的多边形网格单元； 主线程根 据各个子线程的计算结果， 得到航天器表面原子 氧通量或紫外通量。 本发明能够减少蒙特卡罗模 拟的时间， 提高计算精度和效率。 权利要求书2页 说明书7页 附图3页 CN 115186535 A 2022.10.14 CN 115186535 A 1.一种航天器表面原子氧或紫外通量的蒙特卡罗 模拟方法， 其特征在于， 包括如下步 骤: 步骤S1,创建主线程和子线程， 并根据所述航天器仿真软件运行平台的核数确定所述 子线程的数量； 步骤S2,所述主线程将航天器各运动轨迹点上的随机实验参数统一到所述航天器的本 体坐标系后， 按照航 天器组件结构关系将航 天器表面剖分的多个多边形网格单元分成第一 结构单元和第二结构单 元； 步骤S3,所述主线程根据随机实验总数产生各方位模拟粒子数量， 并为各个所述子线 程分配要产生的各 方位对应的模拟粒子数， 以为各个所述子线程分配模拟任务； 步骤S4,每个所述子线程根据所述模拟任务， 并利用空间环境参数得到模拟粒子的位 置坐标和相对运动方向； 步骤S5,每个所述子线程根据所述模拟粒子的位置坐标和相对运动方向， 并通过所述 第一结构单 元和所述第二结构单 元计算每 个所述模拟粒子 碰触的多边形网格单 元； 步骤S6,所述主线程根据步骤S5中各个所述子线程的计算结果， 得到航天器表面原子 氧通量或紫外通 量。 2.根据权利要求1所述的航天器表面原子氧或紫外通量的蒙特卡罗 模拟方法， 其特征 在于， 步骤S2中， 所述随机实验参数为多个所述多边形网格单 元的剖分节点。 3.根据权利要求2所述的航天器表面原子氧或紫外通量的蒙特卡罗 模拟方法， 其特征 在于， 步骤S2中,所述第一结构单元用于将所有 所述多边形网格单元组织为第一数组， 且各 个所述多边形网格单 元在所述数组中连续存放。 4.根据权利要求3所述的航天器表面原子氧或紫外通量的蒙特卡罗 模拟方法， 其特征 在于， 步骤S2中， 所述第二结构单元用于 设定各组件的包围盒， 并用于储存设置于各个所述 包围盒内的多边形网格单 元在所述第一数组中的起/ 止位置。 5.根据权利要求4所述的航天器表面原子氧或紫外通量的蒙特卡罗 模拟方法， 其特征 在于， 在航天器各轨迹点， 所述第一结构单元内的包围盒顶点与所述第二结构单元内的多 边形网格单元顶点根据所述航天器的运动参数更新， 并将更新后的数据以引用方式传递给 各个所述子线程。 6.根据权利要求5所述的航天器表面原子氧或紫外通量的蒙特卡罗 模拟方法， 其特征 在于， 步骤S5中， 通过所述第一结构单元和所述第二结构单元计算每个所述模拟粒子碰触 的多边形网格单元， 包括通过所述第一结构单元和所述第二结构单元计算每个所述模拟粒 子在运动过程中碰触的多边形网格单 元及经镜面反射或漫反射后碰触的多边形网格单 元。 7.根据权利要求6所述的航天器表面原子氧或紫外通量的蒙特卡罗 模拟方法， 其特征 在于， 步骤S 5中， 每个所述子线程根据所述模拟粒子的位置坐标和相对运动方向， 并通过所 述第一结构单元和所述第二结构单元计算每个所述模拟粒子碰触的多边形网格单元， 包 括： 步骤S51， 枚举各个所述包围盒， 判断所述模拟粒子是否会碰触所述包围盒； 如果碰触， 计算所述模拟粒子到所述包围盒的第一距离， 并将第一距离和所述包围盒放入极小堆管 理， 以剪除在其 他组件表面的多边形网格单 元上的计算； 步骤S52， 依次取出所述极小堆中的包围盒， 枚举第 一个所述包围盒内组件的多边形网权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115186535 A 2格单元， 判断模拟粒子是否与所述多边形网格单元碰触， 如果碰触， 计算所述模拟粒子到所 述多边形网格单元的第二距离， 且判断所述多边形网格单元是否是所述模拟粒子碰触的最 近多边形网格单元， 以得到所述模拟粒子碰触的最近多边形网格单元及所述模拟粒子到所 述最近多边形网格单 元的第三距离； 步骤S53， 根据 所述第一距离与所述第三距离的大小， 以确定停止枚举所述极小堆中的 其他包围盒并清空所述极小堆， 以剪除在其 他组件表面的多边形网格单 元上的计算； 步骤S54， 当所述模拟粒子在与所述最近多边形网格单元的碰撞点处或与所述包围盒 的碰撞点处发生镜面反射 或漫反射后， 所述模拟粒子的运动过程重复步骤S 51‑步骤S53， 直 到所述镜面反射或所述漫反射的次数达到 设定上限， 得到所述模拟粒子最终碰触的多边形 网格单元。 8.根据权利要求7所述的航天器表面原子氧或紫外通量的蒙特卡罗 模拟方法， 其特征 在于， 步骤S53中， 根据所述第一距离与所述第三距离的大小， 以确定停止枚举所述极小堆 中的其他包围盒并清空所述极小堆， 以剪除在其他组件表面的多边形网格单元上 的计算， 包括： 当所述第一距离大于所述第 三距离时， 停止枚举所述极小堆中的其他包围盒并清 空所 述极小堆。 9.根据权利要求1所述的航天器表面原子氧或紫外通量的蒙特卡罗 模拟方法， 其特征 在于， 步骤S 3中， 所述主线程根据随机实验总数产生各方位模拟粒子数量， 并为各个所述子 线程分配要产生的各 方位对应的模拟粒子数， 以为各个所述子线程分配模拟任务， 还 包括： 将各个所述子线程的模拟任务建立第二数组， 并通过传值传递给 各个所述子线程。 10.根据权利要求9所述的航天器表面原子氧或紫外通量的蒙特卡罗模拟方法， 其特征 在于， 步骤S4中， 每个所述子线程根据所述模拟任务， 并利用空间环境参数得到模拟粒子的 位置坐标和相对运动方向， 包括： 每个所述子线程根据所述第二数组中的每个方位和每个 方位对应的模拟粒子数， 利用空间环境 参数得到模拟粒子的位置坐标和相对运动方向。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115186535 A 3