太阳辐射（Solar Radiation）

本文作者：天疆说
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定义

太阳辐射是来自太阳的电磁波能量传递，是平流层飞艇热输入的最主要来源。太阳辐射强度随日地距离、大气透明度和太阳高度角变化，直接影响飞艇蒙皮和内部氦气的热状态，进而影响浮力。

地球大气层外的平均太阳辐照度：

I_{sun} = 1361 \pm 1 \text{ W/m}^2

1 \text{ AU} = 1.496 \times 10^{11} \text{ m}

波段	波长范围	能量占比	对飞艇影响
紫外（UV）	<400 nm	~7%	蒙皮老化
可见光（Vis）	400-700 nm	~47%	主要热源
近红外（NIR）	700-2500 nm	~46%	热效应

E_\lambda(\lambda) = \frac{I_{sun}}{4\pi d_{AU}^2} \cdot S_\lambda(\lambda)

I_{TOA} = I_{sun} \cdot \left(\frac{1 \text{ AU}}{d_{AU}}\right)^2 \cdot \cos\theta_z

其中 $\theta_z$ 为天顶角。

I_{GHI} = I_{DNI} \cos\theta_z + I_{DIF}

AM = \frac{1}{\cos\theta_z}$$（近似） 精确公式（Plane Parallel）： $$AM = \sqrt{\left(\frac{R_E + h}{R_E}\right)^2 - \sin^2\theta_z} - \frac{R_E + h}{R_E} \sin\theta_z

蒙皮吸收的太阳辐射：

Q_{solar} = \alpha_{skin} \cdot I_{eff} \cdot A_{proj}

其中 $A_{proj}$ 为投影面积， $\alpha_{skin}$ 为蒙皮吸收率。

Q_solar
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Duffie J A, Beckman W A. Solar Engineering of Thermal Processes[M]. Wiley, 2024.
NASA. ASTM E-490 Solar Constant[M]. ASTM International, 2023.