一种卫星推进分系统热控的优化设计方法

根据传统卫星推进分系统热控要求,针对推进舱内肼管路及部件进行加热带缠绕和多层隔热组件包覆的问题,提出了一种基于新型推进剂条件下的推进分系统热控优化设计,即取消推进舱内热控处理措施,而是在推进舱的外侧板包覆多层隔热组件,并采用电磁阀补偿加热.对采用优化设计的推进分系统热控设计进行了热平衡试验和在轨验证.结果表明,推进分系统的温度水平和功耗要求均满足目前中国对于卫星的热控要求,且优化设计使推进分系统热控具有功耗低、质量小和易于装配的优点,能够结合卫星构型实现分舱操作.      

空间遥感器热光学分析的研究与应用

论述空间遥感器热光学分析与应用现状及其发展趋势;分析当前遥感器热光学分析的意义,认为这是提高长寿命遥感器可靠性的一种重要手段;针对某长寿命遥感相机,提出进行热光学分析研究的总体方案、具体实施途径、技术关键和解决方法。     

北京空间机电研究所

正北京空间机电研究所成立于1958年,隶属于中国航天科技集团公司中国空间技术研究院,是我国最早从事空间技术研究的单位之一。研究所于1967年11月开始从事空间光学遥感技术的研究,是我国最早从事空间光学遥感器研制的单位。截至目前,研究所先后为我国各类遥感卫星提供了上百台(套)空间光学遥感器,超过我国所有在轨业务运行空间光学遥感器的80%,成功率100%,性能均达到或优于设计指标,为国防建设和国民经济建设做出了重要贡献。     

北京空间机电研究所

正北京空间机电研究所成立于1958年,隶属于中国航天科技集团公司中国空间技术研究院,是中国最早从事空间技术研究的单位之一。研究所于1967年11月开始从事空间光学遥感技术的研究,是我国最早从事空间光学遥感器研制的单位。截至目前,研究所先后为我国各类遥感卫星提供了上百台(套)空间光学遥感器,超过我国所有在轨业务运行空间光学遥感器的80%,成功率100%,性能均达到或优于设计指标,为国防建设和国民经济建设做出了重要贡献。     

北京空间机电研究所

正北京空间机电研究所成立于1958年,隶属于中国航天科技集团公司中国空间技术研究院,是中国最早从事空间技术研究的单位之一。研究所于1967年11月开始从事空间光学遥感技术的研究,是我国最早从事空间光学遥感器研制的单位。截至目前,研究所先后为我国各类遥感卫星提供了上百台(套)空间光学遥感器,超过我国所有在轨业务运行空间光学遥感器的80%,成功率100%,性能均达到或优于设计指标,为国防建设和国民经济建设做出了重要贡献。     

一体化太阳敏感器热分析与验证方法

为保证太阳敏感器在进行光电一体化设计后的光学系统热稳定性,满足电子元器件的工作温度降额要求,采取光学模型与热模型相结合的热分析方法,得出了包括光学组件在内的整机温度分布数据.采用温度边界设定结合太阳光外热流的热平衡试验方法对产品实际温度分布情况进行验证,结果表明一体化太阳敏感器在壳体温度达到55℃,且受到1太阳常数太阳光照射时,仍满足设计要求,且测试数据和分析结果吻合.     

北京空间机电研究所环境工程与试验事业部

正北京空间机电研究所成立于1958年8月21日,是我国最早从事空间技术研究的单位之一。研究所集研究、设计、生产、试验于一体,致力于航天器回收着陆技术、空间光学遥感技术、火工装置技术、空间激光探测技术、航空光学遥感技术、复合材料结构成型技术六大专业的探索与研究。研究所具备我国空间光学遥感器研制的较高水平,引领着国内空间光学遥感领域多项前沿技术的发展,成功在轨应用100余台光学遥感器,获得国家科技进步奖多项,重要科技成果400多项。环境工程与试验事业部拥有温湿度气候箱/室、力学试验、特殊环境试验、以及防护类试验,致力于军民品的高低温、湿热、振动、跌落、冲击、摇摆、加速度、温度高度、太阳辐射、热真空、淋雨、沙尘、盐雾、霉菌等环境类试验、防护类试验和可靠性试验及热控设计实施、真空系统研制集成,承担了国家多个重大专项建设和重要型号研制项目。客户已涵盖航天、航空、电子、汽车、轨道交通、半导体、智能制造等各行业多个领域,规模为国内同行业领先,设备设施达到了国际先进水平。     

某高空飞艇光学吊舱热状态及飞行策略研究

使用光学遥感设备开展地球大气层临边观测是研究中高层大气目标特性变化规律的重要手段之一.光学遥感设备的热状态对其光学精度及系统信噪比控制至关重要，能够直接影响观测数据质量乃至观测任务的实现.针对中高层大气OH自由基超分辨空间外差光谱仪在高空飞艇平台探测的热状态需求，分析了光谱仪吊舱的热环境，给出了光学吊舱的热平衡控制方程，并对上升/下降段和平飞段先后开展了热状态计算，得到光学吊舱在不同状态下的温度变化规律、光电部件的温度场等计算结果.结果表明热控方案能够满足光谱仪的热状态需求.根据热状态分析计算结果，制定了飞行前后及飞行过程中光学吊舱的热控策略.本文分析方法和飞行策略可为同类飞行设备热控状态设计及研究提供数据参考.      

国外卫星光学遥感器前沿技术发展探析

正卫星遥感利用卫星平台搭载光学、雷达、红外等遥感器,获取地球陆地、海洋和大气的特征信息,形成图像以及反映物质成分的光谱信息等遥感产品。国外正在大力发展天基薄膜衍射成像、空间分块可展开光学成像、天基光学合成孔径成像、天基超光谱成像等新型卫星遥感技术,实现在空间、时间、光谱等不同维度的高分辨率光学探测。     

天问一号火星进入舱热控系统设计与验证

天问一号火星进入舱携带祝融号火星车实施进入、下降、着陆过程,其热控系统设计主要面临地火转移外热流大幅变化、进入火星舱壁气动烧蚀长时高温、着陆发动机点火局部超高温等技术挑战。为此,综合采用隔热设计、等温化设计、主动控温设计等热控手段,针对外热流大幅变化应用了新型SAL-2热控涂层,为解决局部超高温问题研制了新型气凝胶热防护装置,完整构建了进入舱的高效可靠热控系统。飞行遥测数据表明,全飞行过程设备温度和热控功耗均优于指标要求,进入、下降、着陆过程工作设备温度范围5.0~40.3℃,整舱平均控温功耗不超过43W,验证了进入舱热控系统设计的有效性。     

同步轨道遥感器热设计和热分析

为解决遥感器在同步轨道环境温度场分析中热传导与热辐射的综合处理问题,热传导模型温度计算采用控制容积方法建立有限差分方程;热辐射模型采用奥本海姆方法计算设备表面单元之间辐射换热;根据是否被遮挡,辐射换热中表面单元角系数的计算分别采用积分和数值方法。计算结果表明,采用上述方法进行温度场分析能够有效解决热传导模型与热辐射模型的耦合,求解精度较高,遥感器设备部件稳态分析温度分布和在轨瞬态分析温度曲线变化清楚,可作为进一步精密热控设计的依据。     

民机客舱中太阳辐射对热舒适性的影响

乘客出行过程中对于热舒适度要求不断提高,对民机客舱的整体热舒适性提出了更加严格的要求。通过对南北飞行的航班实际测量发现,由于受到太阳辐射的影响,客舱内部向阳和背阴两侧温度分布极不均匀,特别是窗户周围,平均温差达到20℃,客舱向阳和背阴两侧的热舒适性相差较大;结合CFD动态仿真,基于实际客舱各区实时测量数据,建立等比例客舱仿真模型,以实际测量的温度和压力数据作为仿真边界条件,再现民机客舱内部温度和热舒适度PMV的分布情况,为定量分析南北飞行航班客舱的热舒适性提供理论依据。      

液氮温区平板蒸发器环路热管实验研究

深低温环路热管是一种高效的深低温两相传热器件,未来可广泛应用于红外探测等空间项目的低温热控系统。为有效减小热管与热负荷间的接触热阻及热管的背向漏热,采用氧化锆作为毛细芯材料,研发了氮工质平板蒸发器环路热管,重点研究了热管的自启动特性、传热性能以及在间歇性热负荷下的运行情况。结果表明:在无辅助情况下,液氮温区平板蒸发器环路热管自启动性能良好,可依靠工质扩散从室温迅速降温至液氮温区。环路热管能够在70~100 K温区稳定运行,热阻随运行温度和热负荷的上升而减小,最大传热功率为15 W,最小热阻为0.8 K/W。在蒸发器间歇性加热的情况下,环路热管可以保持温度稳定,热响应迅速,无需二次降温。液氮温区平板蒸发器环路热管有效满足了空间低温光学系统的热控制系统的热传输需求。      

FY-3D卫星高光谱温室气体监测仪热控设计及在轨验证

FY-3D卫星高光谱温室气体监测结构布局紧凑，在较小尺寸空间内布置有8个镜头组件、12台电子设备和3台电机。内热源数量众多，光学镜头控温精度要求高，热控功耗及散热面资源紧张，使热控系统设计难度较大。基于热管理、辐射间接热控、辐射冷却及结构热控协同优化设计等多种思路对监测仪热控系统进行设计，有效解决热控难题。入轨后监测仪历经了多个工况模式切换，在轨温度数据表明，所有工况模式下各部组件温度都满足指标要求，且光学镜头温度稳定度较高，在正常工作模式下，干涉仪关键件最大温度波动在±0.15℃以内，其他光学镜头组件最大温度波动在±0.45℃以内，且无论整轨待机模式还是正常工作模式，基于热管理的2组电子设备散热系统都无需消耗热控功耗，实现了多热源复杂机制下高精度控温及节能热设计。      

精密热控技术在太极一号卫星上的应用

为探测空间引力波，中国科学院提出了太极计划，其第一步是通过近地轨道卫星太极一号对核心载荷的关键技术进行验证.由于温度稳定性直接影响干涉仪测距和加速度的测量精度，太极一号卫星提出了（T±0.1）K的高精度、高稳定度温控指标.针对该指标要求设计热控方案，从热组件的选取到单机设备的应用均依照高指标进行控制.为了保证方案实施的有效性，在热设计实现过程中进行了详细的控制.热控方案采用“恒温笼”的设计思路以及三级控温方式，采取主动与被动相结合的原则，实现了在轨飞行（T±0.005）K的高稳定性温控指标.通过对高精度、高稳定度技术的应用研究发现，热控加热方案、漏热控制、控温仪单机的分辨率、测温电路、控制算法、控制精度、测温元件的测温分辨率仍然是制约高精度控温技术的重要因素.      

CCD器件用机械泵驱动两相流体回路仿真与试验

电荷耦合元件（CCD）作为航天光学遥感器的核心部件之一,其工作性能受温度影响很大,传统的热控产品难以满足大功率CCD的精密控温需求。通过仿真与试验系统研究了机械泵驱动两相流体回路（MPTL）用于CCD控温时的启动特性、运行状态、内部工质的流动及传热特性。结果表明:MPTL可以通过干度的调节来吸收冷凝器外热流和CCD工作模式的影响;MPTL的控温精度可以达到±1℃,蒸发器并联支路、蒸发器负载和冷凝器温度在一定范围内变化等均不会对系统运行稳定性产生影响,其仍可将CCD器件控制在所需温度;通过仿真与试验对比,发现仿真模型的误差在±1℃以内,验证了模型的有效性和准确度。MPTL可以很好地满足航天光学遥感器CCD的控温要求,能够保证CCD始终具有较好的温度稳定性和均匀性,且系统具有良好的运行特性和鲁棒性,其在CCD精密控温方面具有很好的应用前景。      

“高分四号”卫星相机在轨温度分析及热设计优化

随着空间相机分辨率日益提升，对光机主体等核心部组件的温度稳定性和均匀性要求也越来越高，地球静止轨道（GEO）空间外热流复杂且恶劣，实现相机高精度热设计挑战极大。针对"高分四号"卫星相机热设计的难点和特点，基于结构热控一体化的设计理念，采取了入光口热流屏蔽、间接辐射控温、散热面耦合等热控技术，实现了相机高精度控温；分析了相机入轨4年的温度数据及符合情况，验证了相机热设计的正确性，并根据在轨运行情况提出了热设计优化建议，为进一步提升地球静止轨道相机控温精度、降低热控资源提供支撑。      

基于在轨组装维护的模块化深空探测器技术进展与应用研究

在轨组装与维护是航天器在轨服务技术的基本内容,而模块化设计则是实现航天器在轨组装与维护的一项主要支撑技术。调研总结了国外深空探测领域模块化航天器设计以及在轨组装与在轨维护实施的技术进展,主要包括模块化地外行星着陆探测器、大型在轨组装深空探测器、布置于SEL2(Sun-Earth Libration 2)等轨道的超大型在轨组装空间望远镜系统等,分析了深空探测器领域应用模块化设计实现在轨组装与维护的关键技术要素。针对深空探测航天器长寿命、高可靠、特殊推进系统及其设备配套等技术特点与需求,提出一种应用在轨组装与维护技术的火星多任务探测器系统设想,介绍了探测器系统的任务架构、基本组成、轨道策略等,为我国深空探测技术发展以及新型深空探测器研制提供参考。     

空间光学遥感器高精度6-DOF并联平台设计与实现

高精度六自由度并联平台可精密调整次镜位姿,实现空间光学遥感器地面光学装调及光学像差在轨主动校正。为解决研制高精度并联平台的多指标多约束结构优化设计及高分辨力驱动支链设计2个难点,建立了六自由度并联机构逆解数学模型及ADAMS参数化模型,确定了结构优化目标函数,结合支链长度、铰链转角等约束进行了结构优化设计,得到并联机构结构参数及驱动支链分辨力需达到60 nm的需求。基于此需求,设计了基于“无刷直流电机+滚珠丝杠+光栅尺”的驱动支链,采用PI控制律实现高精度消静差闭环伺服控制,使驱动支链分辨力达50 nm。对并联平台精度进行光学测试,结果表明,平台带载平移分辨力为0.2 μm,转角分辨力为1″,满足指标要求。该平台已成功应用于空间相机的地面光学装调及像差主动校正实验,为在轨应用奠定了理论与实践基础。