热控涂层参数对卫星辐射特性的影响

为分析卫星红外和可见光双光谱辐射特性,分别建立了采用节点网络法求解卫星表面热控涂层温度和卫星辐射特性的计算模型,依据粗糙表面光散射理论计算了涂层表面对太阳、地球和地球反照辐射的吸收和反射。通过数值模拟,计算分析了卫星对地面的温度变化规律。最后,选择不同的热控涂层参数,获得了对卫星在红外和可见光波段的辐射特征的影响。     

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。     

热控涂层红外发射率对GEO卫星蓄电池温度波动的影响

在东方红一3卫星平台的基础上,将合理简化后的南蓄电池舱作为热分析模型。根据影响蓄电池温度波动的机理,提出服务舱舱板内表面常用热控涂层（白漆、镀铝膜、碳蒙皮）的5种组合方案,并量化分析了热控涂层红外发射率对蓄电池温度波动的影响。分析结果表明：降低蓄电池舱舱板内表面热控涂层红外发射率,尤其是降低蓄电池安装舱板表面的热控涂层红外发射率,可有效减小蓄电池温度波动幅度。与基准方案相比,最优组合方案能使蓄电池温度波动幅度降低50％。     

多层隔热材料热物性参数工程计算方法

有效发射率、有效太阳吸收比和当量热导率等多层隔热材料热物性参数的正确确定是进行航天器热分析和热设计的基础。对多层隔热材料的这些热物性参数的工程计算方法进行了介绍,通过计算分析获得了不同条件下这些热物性参数的定量值,可为航天器热控设计提供参考。     

AZO改性Y2O3-ZnO-Al2O3热控涂层性能分析

为解决铝合金表面液相等离子体电解氧化（PEO）涂层（Y₂O₃-ZnO-Al₂O₃）导电性差而导致的静电效应,对其进行表面改性处理。采用原子层沉积（ALD）技术在铝合金表面PEO涂层原位沉积铝掺杂氧化锌（AZO）导电薄膜以提高PEO涂层的导电性。对AZO改性PEO涂层的相组成和表面微观结构进行分析;对不同沉积温度下所得复合涂层的电阻率、载流子浓度和迁移率,以及沉积前后的热控性能、耐腐蚀性进行测量分析。结果表明:AZO导电薄膜均质连续致密地沉积在PEO涂层表面;当沉积温度为150 ℃时,AZO@Y₂O₃-ZnO-Al₂O₃复合涂层的电阻率为1.15×10-4 Ω·cm,载流子浓度为1.8×1020 cm-3,太阳吸收比为0.409,发射率为0.892,且抗电化学腐蚀性能良好,能够满足航天器热控涂层在空间环境应用的技术要求。     

多层隔热组件等效热物性参数的分析

多层隔热组件在卫星热设计中应用最为广泛,主要用于减小漏热以及整星与外环境之间的热耦合。文章采用等效处理的方式,将多层隔热组件等效成为一种低太阳吸收比、低红外发射率的热控涂层。根据等效处理法结果讨论了等效处理法在计算中可能带来的误差。     

在轨热控涂层试验器设计与标定试验研究

长寿命卫星热控涂层暴露在空间环境中,受到多种空间辐射效应的影响,会产生一定程度的退化。为准确掌握热控涂层在轨退化数据,文章设计了一种涂层试验器,基于能量平衡方程建立了测试热控涂层太阳吸收比的数学模型,并完成了地面标定试验。该装置具有结构简单和测试精度高的优点,为此开展了常用热控涂层空间搭载试验,获取涂层在轨退化数据,为卫星热控设计和热分析提供参考。     

几种热控涂层的真空-紫外辐照试验

无机热控涂层是航天器常用的一类热控涂层.文章采用上海硅酸盐研究所研制的真空-紫外辐照装置,选用合适的加速倍率,对国内几种常用的热控涂层进行了10000ESH以上的辐照试验,原位测量了各阶段试验样品的太阳吸收比,获得了这些热控涂层的太阳吸收比变化曲线,验证了热控涂层的"漂白效应".相关研究结果可以为热控制专家进行热设计时...     

结构化平面表面发射率的计算方法及其验证

结构化高发射率辐射表面广泛应用于红外定标、超低温冷源和吸波热沉等，发射率为其核心指标。结构化高发射率表面的设计首先是确定其表面结构单元的尺寸参数，如尖锥的高度、结构角等，然后设置高发射率涂层。为准确获取所设计结构化高发射率表面的发射率，文章依据经典的传热学公式推导给出一种分析计算方法，并采用仿真分析、样件测试等形式验证了该计算方法的有效性。此方法适用于方锥、尖劈和蜂窝等形式高发射率表面的设计计算。     

空间特定目标表面的双波段红外辐射特性调控方法

红外诱饵等空间特定目标是对抗红外探测的主要手段之一。随着双色制导技术的发展,红外探测灵敏度不断提升,目标识别能力不断增强,这对空间特定目标表面的双波段红外辐射的逼真性提出了要求。通过改变空间特定目标表面发射率控制其红外辐射强度的大小,使用数值仿真的方法进行计算,从而提出了对空间特定目标表面红外辐射特性的调控方法。此外根据所确定的表面发射率、可见光吸收及红外发射比例以及内热源功率,选择合适的表面材料以及热功率施加方法,在保证空间特定目标表面机械性能的同时,使空间特定目标满足光照及阴影区的双波段红外辐射特性要求,并进行模型的制作以及热真空实验,证明了理论计算的准确性。     

光子晶体热控结构防护性能研究

光子晶体在红外波段同时具有高反射率和高辐射率,可作为高超声速飞行器的防热材料。文章利用FLUENT软件和辐射模型中的离散坐标算法对有/无光子晶体防热层结构进行了气动加热数值模拟计算,得到了在不同热流密度条件下基体的温度分布;通过计算结果的对比发现,采用光子晶体防热层结构使基体温度下降约360～515 K,具有良好的热控性能。光子晶体是一种具有广阔应用前景的热防护材料,作为高超声速飞行器的防热层结构的可行性与有效性还有待深入研究。     

热控涂层近紫外5000ESH辐照αs原位退化特性

长寿命卫星外露热控涂层的太阳吸收率退化是设计师非常关心的问题,文章介绍了热控涂层近紫外辐照αs 退化特性试验.本次试验技术与过去相比有很大的提高,时间长达5000ESH,加速倍率较小,试验结果应该更真实.试验证明所用的热控涂层紫外稳定性非常好,个别热控涂层一直呈上升趋势,所有辐照热控涂层暴露大气后其退化都有一定回复.     

Study of multilayer thermal insulation by inverse problems method

The purpose of this paper is to introduce a new method in the research of radiative and thermal properties of materials with further applications in the design of thermal control systems (TCS) of spacecrafts. In this paper the radiative and thermal properties (emissivity and thermal conductance) of a multilayered thermal-insulating blanket (MLI), which is a screen-vacuum thermal insulation as a part of the TCS for perspective spacecrafts, are estimated. Properties of the materials under study are determined in the result of temperature and heat flux measurement data processing based on the solution of the inverse heat transfer problem (IHTP) technique. Given are physical and mathematical models of heat transfer processes in a specimen of the multilayered thermal-insulating blanket located in the experimental facility. A mathematical formulation of the inverse heat conduction problem is presented as well. The practical approves were made for specimen of the real MLI.     

Further analysis of infrared spectrophotometric observations of high area to mass ratio (HAMR) objects in GEO

Optical surveys have identified a class of high area-to-mass ratio (HAMR) objects in the vicinity of the Geostationary Earth Orbit (GEO) ring^. The exact origin and nature of these objects are not well known, although their proximity to the GEO belt poses a hazard to active GEO satellites. The prevalent conjecture is that many of these objects may be thermal materials shed from derelict spacecraft in ‘graveyard’ orbits above the GEO ring. Due to their high area-to-mass ratios and unknown attitude dynamics and material characteristics, solar radiation pressure (SRP) perturbs their orbits in ways that makes it difficult to predict their orbital trajectories over periods of time exceeding a week or less. To better understand and track these objects and infer their origins, we have made observations that allow us to determine physical characteristics that will improve the non-conservative force modeling used for orbit determination (OD) and prediction. Information on their temperatures, areas, emissivities, and albedos may be obtained from thermal infrared and visible measurements. Simultaneous observations in the thermal infrared and visible wavelengths may allow disentangling of projected area, albedo, and object emissivity.Further analysis and modeling of observational data on certain of the HAMR objects collected at the AMOS observatory 3.6 m AEOS telescope are presented. The thermal-IR spectra of these geosynchronous orbit objects acquired by the Broadband Array Spectrograph System (BASS) span wavelengths 3 to 13 μm and constitute a unique data set, providing a means of measuring object fluxes in the infrared and visible wavelengths. These, in turn, allow temperatures and emissivity-area products to be calculated, and in some cases provide information on rotation rates. We compare our observational results with the outputs of simple models, in terms of visible and infrared flux and orbital characteristics. The resulting temperatures and rotation rates are used in SRP acceleration models to demonstrate improvements in OD and prediction performance relative to models which assume default ambient temperature and static attitude dynamics. Additionally, we have the capability and plans to measure material properties with the same instrument in the lab as used at the telescope to facilitate direct comparisons.     

利用自然能临近空间浮空器的热特性分析

为解决临近空间浮空器驻留期间面临的“超热”、“超压”和“定点抗风”等难题,研究了一种新型的临近空间浮空器,其利用自然界的热能和风能,变“不利”为“有利”,通过简易可行的技术手段实现飞行高度和轨迹的控制,从而实现持久区域驻留。首先建立该新型浮空器的稳态热平衡模型并进行超热值的估算,然后分析系统参数。计算结果表明蒙皮的太阳吸收率和红外发射率对超热值有着重要影响,合理地选择热控涂层可以满足该新型浮空器的设计要求。