上面级发射中高轨道卫星外热流分析

研究发射轨道的外热流是卫星热控制系统设计的基础。针对上面级发射轨道的特点和卫星姿态，推导出上面级滑行段和点火段瞬态及平均外热流计算公式。以北斗三号中轨导航卫星为例，给出了阳光和轨道面夹角随太阳黄经和升交点赤经的变化关系，以及最长阴影时间、滑行段旋转角速度约束条件的分析方法，在此基础上确定了上面级阶段卫星的极端外热流工况并给出了外热流计算结果。     

一种圆轨道航天器外热流通用计算方法

文章提出了一种圆轨道航天器外热流通用计算方法,采用解析法计算太阳直射热流,采用数值积分法求解行星红外和反照,无需求解行星中心到太阳矢量与航天器表面法线在局部球坐标系的经度差,能有效简化计算过程。在此基础上选取一种特殊圆轨道,对常用姿态(+Z对地,-Z对日,偏航)六面体卫星的瞬态外热流进行分析,并将偏航姿态瞬态外热流分析结果与热分析软件计算结果进行了对比,对比结果充分说明了此方法的准确性,它能快速准确地计算圆轨道航天器常用姿态外热流,可为各领域航天器热控设计和热分析提供重要参考。     

倾斜轨道卫星极端外热流分析

倾斜轨道卫星外热流变化复杂,使整星的热控系统设计难度增加。从卫星极端外热流的角度出发,建立倾斜圆轨道卫星外热流随光照角和太阳辐射强度变化的解析模型,理论与仿真的对比结果验证了计算模型的准确性。分析计算时间单位对解析模型准确性的影响,总结卫星轨道高度和轨道倾角不同时极端外热流的变化规律。结果表明:轨道倾角相同时,卫星极端最大外热流和最小外热流均随轨道高度增加逐渐减少;轨道高度相同时,卫星最大外热流随轨道倾角的增加逐渐增大然后平稳波动,而最小外热流随轨道倾角的增加几乎不变;到达极端外热流的时间是轨道倾角和高度的复杂函数,处于波动状态。分析倾斜轨道卫星外热流的变化规律,有助于快速找到相对轨道的极端外热流,节省仿真计算时间,为确定卫星极端工况提供帮助。     

圆形太阳同步轨道卫星的空间热环境分析

近年来得到广泛应用的微小型卫星大多运行于圆形的太阳同步轨道,空间外热流的计算对卫星热控制系统的设计至关重要。分析了圆形太阳同步近地轨道受太阳照射的特性,建立了运行于圆形太阳同步轨道的三轴稳定的长方体卫星的外热流模型,归纳了太阳辐射热流、地球反照热流和地球辐射热流的瞬时和周期平均值的计算公式,分析了外热流的变化规律。分析指出太阳同步轨道的受晒特性主要由轨道的降交点地方时决定,外热流中太阳辐射最强,地球反照最弱。通过计算卫星各表面的外热流特性,可选择合适的散热面及太阳能电池安装面。     

倾斜轨道卫星活动天线热控特点分析

对某低轨倾斜圆轨道卫星的外热流环境进行了分析。用蒙特卡罗法计算了卫星六个表面的外热流。研究了该轨道条件下舱外活动天线热控特点,提出了该类卫星活动天线的热控设计原则和初步方案。     

倾斜轨道六面体卫星极端外热流解析模型

卫星设计中,外热流分析是温度场计算的基础,也是极端工况选择的依据。非太阳同步倾斜轨道卫星外热流变化非常复杂,一般需要采用组合散热面的设计方法,这些都使得卫星极端外热流工况难于判断,给整星热分析以及热设计造成很大困难。通过合理的分析与简化,推导出倾斜轨道六面体卫星空间外热流的解析模型,提出一种新的地球反照周期平均值的简化计算方法,利用Nevada软件对数学模型进行了验证。最后以某倾斜轨道卫星为例对其空间外热流进行了详细的分析研究,结果表明：轨道空间外热流模型与专业软件计算结果之间误差很小,应用这一模型可以方便地分析倾斜轨道六面体卫星外热流的变化规律,进而得出卫星极端吸收外热流工况,为卫星高低温工况确定提供相关的设计依据。     

俄试飞重型“安加拉”5火箭

<正>俄罗斯"安加拉"5重型火箭2014年12月23日在普列谢茨克发射场进行了首次试射,发射了一颗重约2040公斤的模拟静地轨道卫星,称为IPM。发射采用了和风M上面级。由于是试飞,被送到静地轨道附近的卫星并不同上面级分离。这是"安加拉"系列火箭的第二次试飞。7月9日,专供首飞用的"安加拉"1.2PP型火箭在普列谢茨克进行了该系列火箭的首次亚轨道试飞。本次发射未对公众直播。俄总统普京通过视频会     

考虑轨道摄动的外热流计算分析

为改进传统外热流算法未考虑外热流经多次反射后的吸收和国外商业软件未考虑轨道摄动及太阳矢量变化对外热流的影响等不足,重新定义了外热流角系数和外热流辐射传递因子,综合SGP4轨道模型和Gebhart方法,给出了考虑摄动等因素的辐射传递因子和轨道外热流计算模型,以及相应的计算流程。通过仿真分析论证了考虑多次反射及摄动等因素的重要性。     

卫星热设计中β角在不同轨道下的变化规律分析

阳光矢量与卫星轨道平面之间夹角是卫星热控设计中至关重要的一个设计参数,其不仅与到达卫星表面的阳光热流密度密切相关,也与到达卫星表面的地球反射热流密度密切相关。文章根据β角的变化规律将传统意义上的轨道分为了同步轨道和非同步轨道两种,并结合升黄赤经夹角的变化规律分析了不同轨道下β角的变化规律,以及相应的热设计特点。     

倾斜轨道卫星快速旋转高频箱轨道外热流的特点与分析

为准确进行热设计，对倾斜轨道快速旋转高频箱的外热流进行了研究。首先采用与太阳同步轨道卫星对比的方法研究了倾斜轨道卫星太阳光照角度的变化特点及热分析极端外热流工况与太阳光照角度的关系。然后理论推导了快速旋转高频箱各舱板轨道外热流的理论计算公式。最后定量分析了高频箱舱外大尺寸天线反射器对高频箱外热流的影响。研究表明倾斜轨道卫星高频箱外热流随β角的变化存在拐点，高频箱热分析的极端外热流出现在拐点处。快速旋转使得高频箱各舱板的外热流均匀化，但整个高频箱的到达外热流较静止高频箱增大，差值可达到数百瓦。舱外大尺寸天线反射器对高频箱的外热流影响较大，某环扫雷达反射器对高频箱散热面吸收太阳辐射热流密度的影响达到31.2 W/m2；同时天线反射器辐射达到高频箱散热面的红外辐射热流数量可观，某微波辐射计天线反射器的红外辐射热流占散热面总外热流的48%。     

上面级直接入轨卫星的上升段温度控制及预示

为满足卫星在上升段持续时间长、外热流复杂、能源紧张等不利因素下的温度控制要求,需采取相应控温策略并进行预示。针对采用上面级"一箭双星"直接发射入轨的北斗三号中轨道导航卫星,进行了上升段期间的热分析并阐述了地面段和上升段的控温策略,通过仿真分析预示双星在上升段的温度变化,结合飞行数据,验证仿真分析的准确性以及控温策略的有效性,并获得星上各区域设备上升段的温度变化特性。结果表明:通过控制发射前整流罩内的初始温度以及采用延时指令开启相应区域固定功率加热器,上升段期间未开机设备均能保持缓慢的温度下降速率,所有星上设备温度均在要求的范围内。采取的控制策略对其他需保持较长时间低温储存状态的高轨航天器,以及深空探测器温控设计提供了一定参考。     

氢氧末级长时间滑行贮箱压力控制及关键技术分析

为通过弹道优化设计提升火箭发射圆轨道卫星的运载能力,同时提高火箭对不同发射任务的适应性,需要火箭末级具备长时间在轨滑行能力。对氢氧末级火箭而言,延长在轨滑行时间需要解决的一个重要问题是液氢贮箱压力、推进剂温度的预示和控制。结合微重力下贮箱内低温推进剂力热耦合运动特征,给出了低温火箭在轨滑行过程中贮箱压力控制的设计流程和计算方法,并通过计算分析获得了整个滑行阶段液氢蒸发量、补压气瓶需求量等关键设计参数,为工程研制提供参考。     

北斗三号卫星与上面级供电相关接口分析及验证

卫星采用运载火箭上面级发射入轨期间，经历了由大椭圆轨道至圆轨道的过程，飞行姿态经历了变轨、慢旋、分离后巡航等多个阶段。在太阳翼展开前，卫星要经历比自身变轨更为恶劣的高低温环境及能源紧张等供电风险。在分离时刻的太阳翼碰撞或干涉安全性也需要重点关注和分析。针对北斗三号一箭双星采用上面级直接入轨方式的特点，分析了卫星与上面级间的供电和热设计接口，并从双星分离安全性角度考虑，分析影响卫星与上面级接口安全性的主要要素，并对应用和验证情况进行总结。     

MEO卫星双星并行真空热试验技术

在“北斗三号”MEO卫星双星并行研制过程中,综合考虑总体任务需求、卫星热控特点、热控方案及现有试验条件,提出“双星同时进罐,单星热平衡,双星热真空”的真空热试验方案,并通过仿真分析对因两星相互遮挡引起的附加热流进行修正,实现两颗卫星同时使用同一空间环境模拟设备即可完成热平衡及热真空2项试验。数据比较表明,热平衡试验结果对在轨卫星温度的预示较为准确,验证了上述双星并行真空热试验方法的可行性。     

模块化热控技术及其在低轨卫星中的应用

Differently from traditional integration satellites, the modular satellites consist of several structurally independent modules and the heat dissipation is unevenly distributed, while the interface between modules should support repeatable connection separating. Therefore, the traditional thermal control design, which supports the independent heat dissipation of an integration satellite, cannot meet the thermal control requirements of the modular satellite. In this paper the modular thermal control technology is proposed. The carbon nanotube array on metal substrate is used as the thermal interface of the modules to realize the separable cross module heat transfer. The internal surface of structural panels is coated by graphene film to enhance the internal heat transfer in the modules with limited internal space. The smart thermal control coating is used at all the heat rejection surfaces to suppress the orbital heat flux variations. By using the technology, the thermal connection of the assembly and reconstruction system is built and the synergistic heat dissipation of the whole satellite is achieved. As to validate the proposed technology, the finite element model of the circular low earth orbit satellite is established and the in orbit temperature in the extreme working conditions is simulated. The result indicates that the modular thermal control technology proposed in this paper can satisfy the thermal control demand of the modular satellite.      

“嫦娥一号”卫星真空热试验中的技术关键

"嫦娥一号"卫星是我国第一颗绕月探测卫星,由于其所处特殊的热环境,造成热控设计的复杂性,随之带来的是对卫星系统热控和真空热试验提出了很高的要求。该卫星在2005-2006年一年多的时间里完成了大量的整星、系统级及大部件的真空热试验,对现有的空间环境模拟试验技术是一个严峻的考验。文章分别从外热流模拟装置设计技术、热试验支架设计技术、数据测量与控制技术等方面所做的技术创新及其在"嫦娥一号"卫星系列真空热试验中的应用情况作了简要介绍。     

卫星系统热特性分析

考虑空间轨道外热流、卫星表面自身辐射、热载荷等因素影响,建立卫星温度场计算模型,在采用蒙特卡罗(Monte-Carlo)法求解卫星复杂辐射边界条件的基础上,利用有限容积法对卫星在轨飞行阶段的瞬态温度场进行数值模拟,计算得到卫星瞬态温度场,并考虑其表面自身辐射及空间轨道外热流等因素,建立卫星红外辐射通量计算模型,计算得到不同时刻、不同热载荷情况下的卫星红外辐射通量分布,并简要分析了在轨卫星热控涂层衰减所带来的表面太阳吸收比的变化对卫星温度场的影响。     

空间站空空支架天线热设计与仿真分析

为研究核心舱飞行姿态、空间外热流、核心舱发动机羽流参数以及天线外表面热控涂层对空间站空空支架天线温度的综合影响,验证天线被动热控设计的有效性,进行了2种低温工况和6种高温工况的热分析。结果显示:低温工况下,通信天线惯性飞行时的最低温度低于正向飞行时的;展开臂多层表面最低温度为-85 ℃,满足温控指标。高温工况下,通信天线惯性飞行时的温度高于正向飞行时的;轨控发动机的羽流热效应大于偏航发动机的。通信天线内外表面均喷涂ACR-1温控白漆,1倍轨控发动机羽流热流密度时,最高温度为123 ℃,可满足实际使用要求。