浅析航天器热控技术的预先研究及其应用研究

回顾了我国航天器热控制预先研究的历程，以早期的热管和百叶窗预研为例，说明新技术的预先研究对航天器热控技术进步所起的重要作用。热管技术和百叶窗的进一步发展，证明了预研成果的应用研究对推动该项技术本身和航天器热控系统发展是十分重要的。文中最后论述了当今热控技术前沿课题的进展和应用前景。     

航天器热控制

航天器热控制航天器热控制就是控制航天器内外的热交换过程，使其热平衡温度处于要求范围内的技术，又称航天器温度控制。航天器的热控制是以传热学和工程热力学的基本理论为基础的，是航天技术的重要组成部分。用于热控制的各种材料和设备组成航天器热控制系统。航天器是...     

宇航级平板式毛细泵环路热管研制成功

正北京空间机电研究所近日完成了一种新型宇航级平板式毛细泵环路热管的研发,并相继通过了耐热、力学、低温真空等环境试验测试,实现了工程化应用。环路热管是目前最为先进的热控技术之一,其依靠毛细力驱动工质单向循环流动,毛细泵是环路热管最核心部件,提供驱动环路热管内工质循环的毛细力。其中柱状毛细泵为最早、最传统的构型,技术已经较为成熟,在国内外航天热控制领域应用较多。     

航天器热传输技术研究进展

文章对航天器用热传输技术近期的发展进行了汇总,主要包括：导热材料、微小型热管、槽道热管、泵驱动两相流体回路、深冷环路热管、喷雾冷却系统以及基于MEMS技术的微型热传输技术。这些新技术是航天器高热流密度散热、大功率热传输、分散点热源散热及深低温热传输未来主要的解决途径,可供航天器热控研究及设计者参考。     

航天器表面带电的控制

作为航天器电磁兼容性的一个分支—航天器表面带电的控制已成为可靠性设计的一个重要部分.简要阐述控制航天器表面带电的设计原则,着重对下述各方面提出了卫星带电的控制措施和静电放电的技术设计,并提出一些技术规范:卫星整体和分系统;卫星结构;卫星的电子器件,电气部件连接、布局、接地和屏蔽;卫星表面材料和结构材料的选取;热控制;无线电通信、天线;电源系统;姿态控制;有效载荷等.     

新书介绍

《航天器系统工程》以系统工程设计和工程实现为主线，全面地讲述航天器系统工程领域的基础知识，主要内容包括：空间环境及其对航天活动的影响、航天器动力学、航天任务分析、航天器姿态与轨道控制、航天器结构与机构、航天器热控制、航天器电源技术、航天器遥测遥控与空间数据系统、航天器通信、航天器天线、航天器电磁兼容性技术、航天器软件工程、航天器电测、航天器环境试验、航天器集成设计和多学科优化、航天器工程和航天器项目管理。本书是航天器型号总设计师、总指挥及型号科技人员和管理人员学习掌握航天知识的重要教材，也可作为从事航天型号研制（技术和管理人员）及大学航天专业教学和科研工作人员的参考书。     

NASA在纳米技术领域的研究和应用进展

NASA一直致力于先进航天技术探索与应用,其中,为推动纳米技术的发展与应用,规划了20年的研究发展计划。相关纳米技术被认为能够精确实现材料的预想性能,并可制备出更小、更具环境稳定性的航天器。文章跟踪介绍NASA在纳米技术领域的研究和应用进展,包括:1)先进结构材料及其应用;2)能量的生成与储存;3)热控制材料及其应用;4)纳米传感器的发展;5)推进剂及推进器的革新等。     

高效深低温热收集与热传输技术

以深冷热管、深冷环路热管等为基础的深低温热收集与热传输技术主要用于军用天基红外探测、对地观测及天文卫星中光学仪器的冷却及深低温制冷系统的低温废热排散。本文介绍了国外从深冷热管、深冷环路热管等基本传热元件的研制到系统集成试验、飞行搭载，成功应用于航天器深冷热控的发展情况。还简单介绍了我国在该技术领域的发展现状，提出了面临的技术挑战和任务。     

用于大功率航天器的3D打印钛水热管设计及试验研究

针对应用于空间核动力及大功率航天器的高温热排散技术,介绍了一种基于3D打印增材制造技术的钛水热管,满足100～300℃温区热量的远距离传输需求。该热管壳体及毛细芯结构通过3D打印技术一体成型,解决了中高温热管在制造方面的诸多难题。文章对热管的传热能力进行了理论分析,分析结果表明热管在180～250℃区间内传热能力最佳,同时搭建了热管启动以及传热能力的试验验证平台,对热管在水平以及逆重力姿态的传热能力进行了试验验证,并与理论分析结果进行了比较。试验结果表明:3D打印技术可成功应用于槽道热管的制造。该钛水热管后续将应用于航天器高温热排散系统的地面演示系统中,用于连接高温两相流体回路冷凝器和碳纤维材料辐射板。     

航天器多功能结构的研究现状及其应用前景

减轻航天器的质量是21世纪航空航天技术发展的战略目标之一，发展多功能结构是实现轻质化，降低成本的重要技术手段且为航天器的设计提供了一种新的方法。多功能结构的核心是传统的机箱、电缆和连接器被柔性系统取代，印制配线板等航空电子设备被缩减为多芯片模块，并运用协作工程学的方法，把电的功能和热控制功能集成到航天器的壁（板）结构中。本文对国外先进复合材料多功能结构的研究现状进行了总结和评述，阐述了多功能结构的概念，基本组成以及各种类型多功能结构的特点及适用范围，并对复合材料多功能结构的应用前景和有待解决的问题进行了讨论。     

一种微型槽道热管的性能分析与试验研究

槽道热管是航天器较为常用的一种热控产品,其中截面特征尺寸小于5mm的微型槽道热管主要用于空间光学遥感器CCD器件的散热,在设计、加工等环节均具有较高的技术难度。文章设计了一种5mm×4mm矩形截面、内部槽道为梯形的微型热管,对热管传热性能进行了理论计算和试验验证,最终确定了较为理想的槽道几何参数。研究结果表明：该种微型热管的极限传热能力为4．77W·m,极限负载下的轴向温度均匀性优于±0．5℃。     

一种航天器热平衡试验温度稳定判据确定方法

针对典型航天器热控设计与传热过程特点,建立了设备与舱体动态耦合换热集总参数模型。提出了一种基于热时间常数的航天器热平衡试验温度稳定判据确定方法,给出了双节点耦合换热型航天器系统的热时间常数定义,建立了热平衡温差与温度变化率的对应关系。提出了基于Levenberg-Marquardt最小二乘法温度曲线拟合的热时间常数实时修正方法,该实时修正方法可用于多节点耦合换热航天器热平衡温度稳定判据确定。讨论了目前广泛采用的航天器热平衡试验温度稳定判据的适用性,研究结果可用于指导航天器热平衡试验中温度稳定判据确定。     

回路热管工作温度的控制方式

对比传统直热管,回路热管具有启动迅速、传输距离远、热量大、温差小等优势,但在实际应用中,如在航天器热控、电子元器件散热等场合,又会对回路热管工作温度的精确控制能力又提出新要求。对此要求,文章主要介绍几种目前已经使用以及研发中的回路热管工作温度的主动控制方式,并且比较了它们各自的优缺点。     

HFC134a喷雾闪蒸冷却换热特性的实验研究

喷雾闪蒸冷却由于可以在较小的工质流量下实现很高的散热能力,在高热流密度散热、航天器热控和热防护等领域具有广阔的应用前景。本文建立了喷雾闪蒸冷却实验系统,对环境压力下以HFC134a为工质的喷雾闪蒸冷却换热特性进行了实验研究,得出了喷雾闪蒸冷却的换热特性曲线、临界热流密度(critical heat flux,CHF)以及被冷却表面温度随喷雾高度和流量的变化曲线,分析了适用于热控的最佳喷雾高度和流量。     

与流体回路耦合的空间辐射器流动/传热分析

流体回路作为一种主动热控技术,在载人航天器及空间站上发挥着重要的作用。作为航天器的对外散热界面,辐射器与流体回路之间往往存在直接热耦合关系。在进行简单理论分析的基础上,针对载人飞船的圆筒形辐射器,实现了流体回路与辐射器流动/传热及外热流计算的集成分析,反映了典型工况条件下辐射器的温度水平及外热流对流体回路流量分配和控温过程的影响。     

太极二号卫星精密热控关键技术及试验验证

针对引力波探测太极二号卫星提出的高稳定度温控需求，开展了高分辨率测温系统和高稳定度热控技术的研究，提出了多级阻尼的热控设计方法，建立了多级阻尼状态空间数学模型，揭示了系统中热量传递特性。该方法在太极二号核心载荷上进行了地面试验验证，试验结果表明核心舱关键仪器的温度满足指标要求。试验结果的噪声分析，不仅验证了精密热控关键技术，而且提出了关于热噪声分析与抑制的新方法，为后续航天器精密热控技术提供了理论分析方法和工程参考依据。     

不凝气体对航天器两相热控设备性能的影响

不凝气体(NCG)是影响航天器两相热控系统性能和寿命的关键因素之一。文章总结了NCG产生的机理,即材料相容性、物理吸附与脱附,以及空间极端环境下工质的分解;介绍了NCG对航天器传统热管、环路热管和重力驱动两相流体回路热性能的潜在危害,包括工作温度升高、总热导减小、启动困难,甚至引起运行失效;从工程应用角度,提出了NCG问题的抑制措施,如对于环路热管,可加装半导体致冷器,对于两相流体回路,可增大储液器体积或减少工质充装量。     

嫦娥一号卫星热控设计中热管的应用及验证

为克服由于月球热环境的特殊性给热控设计带来的困难,尤其是卫星度过月食的极端状态条件,首次采用了舱外两舱热耦合热管、相变材料热管技术,为最终嫦娥一号卫星热控状态满足总体的技术要求发挥了关键作用。由于两舱热耦合技术的采用,两舱的热能量得到了相互补偿,因此减少了整星散热面,减少了热补偿功率需求,提高了月食结束时蓄电池的温度,使热控技术方案成为相对优化的方案。文章对热管技术在嫦娥一号卫星热控设计中的应用进行了总结,并给出了热分析及热平衡。     

固-液相变装置传热性能数值计算研究

卫星内安装的某些设备在轨长期工作时要求维持较恒定的温度,特别是热容较小的设备受外热流影响温度波动会比较大,文章在传统热控设计的基础上增加了相变装置,利用焓法建立了设备、蜂窝板、相变装置统一的控制方程,研究了空间环境下相变装置的热性能。结果表明:采用相变装置有助于提高散热面的等温性,同时能够有效降低设备的温度波动范围,为航天器内设备的热控设计提供了一定依据。