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。     

载人飞船连续偏航姿态下轨控机组热控设计

为保证载人飞船在新的连续偏航姿态下轨控机组的热控状态满足各组件温度指标要求,利用I-deas/TMG软件对连续偏航飞行姿态、原热控状态下的轨控机组进行了高温工况在轨仿真分析,根据分析结果提出了高温工况下热控状态设计改进方案。对改进热控措施后的轨控机组进行多轮高温工况热分析计算和低温工况功率复核。结果表明:新热控措施能够保证轨控机组各组件在工作过程中温度均符合温控指标要求,可开展工程应用。     

空间站150 N发动机双机机组点火温度特性试验研究

为了掌握空间站多机机组发动机点火工作温度特性，对150 N发动机双机机组开展高空模拟热试车，研究单个分机点火、双机同时点火以及机组机架包覆热控组件对发动机工作的影响。试验结果表明:单个分机长时间点火导致不点火分机的氧化剂、燃料路电磁阀温度近似线性上升，平均最大温升速率分别为0.033 ℃/s和0.047 ℃/s。双机同时点火时，中心轴线间距180 mm的燃烧室喉部温度不会受到相邻分机点火的影响;氧化剂路电磁阀温度基本保持不变，斜向安装的燃料路电磁阀受相邻分机热烘烤产生的温升速率为0.018 ℃/s，占总温升速率的比例约35%。双机机组上单个分机长时间点火会对不点火分机头部法兰和电磁阀持续产生热烘烤作用，机组机架包覆热控组件后可以有效降低烘烤的影响。     

25N双组元发动机热控研究

先前的推进系统25 N双组元发动机头部仅一个安装法兰盘,无支架,发动机长时间工作后法兰盘热反浸温度较高,不利于法兰盘上游电磁阀的工作性能。目前推进系统采用双法兰盘支架结构的新型25 N双组元发动机,由于新增支架的隔热,给热控带来了一定难度。在空间极端低温环境下,为使发动机温度满足点火前指标要求,须采取一定的热控措施。以25 N双组元发动机为研究对象,运用I-DEAS/TMG有限元热分析软件,建立了物理模型,研究了大小法兰盘在不同加热功率组合下发动机头部温度场的分布,并根据计算结果选择最佳加热功率组合。同时,根据经验配以适当的被动热控措施。通过飞行试验验证25 N发动机热控设计可靠性高,该热控设计方案可用于其他在研型号的推进系统。     

高精度星敏感器热设计研究及仿真验证

为实现某高精度星敏感器在空间复杂热环境下的可靠应用,对该星敏感器的热设计进行了分析研究,并选取典型的高温工况和低温工况进行讨论。基于热网络模型对高温工况和低温工况计算及仿真分析,提出了星敏感器与卫星舱体在导热和隔热2种安装情况下的热控措施。分析结果表明:当星敏感器导热安装时,将安装面温度控制在-15～0℃,在其外表面包覆多层隔热组件,可使整机温度适宜;当星敏感器隔热安装时,在其盖板外表面喷涂热控白漆,将遮光罩与盒体隔热安装,设置用于温度补偿的电加热片,将安装面温度控制在-60～-30℃。     

某运载火箭三级贮箱滑行段热分析计算

为保证某火箭三级发动机二次启动的可靠性，在分析滑行段热环境的基础上，用I-DEAS TMG软件时三级贮箱内增压气体、推进剂、固壁进行气液固三相耦合热分析。建立了简化的有限元模型，并综合考虑高温喷管延伸裙、空间外热流、三级底部各部件的遮挡等因素，计算了滑行段期间不同太阳入射角工况下的温度变化。计算和分析结果表明，高温喷管的辐射是影响三级底部热环境的主要因素。该运载火箭三级各部位温度变化能满足发动机二次启动的要求。     

上面级动力系统发动机热控设计及验证

针对上面级动力系统发动机温度需求,设计了发动机热控方案,建立了25、5 000 N发动机热仿真模型,确定了各发动机加热功率及被动包覆方式,解决了加热器尺寸小、电阻值密度大以及热控组件安装方式难等问题,上面级发动机随整箭进行了热试验验证和飞行试验验证。验证结果表明:25 N发动机法兰和5 000 N发动机壳体温度均在5 ℃以上,发动机温度水平和加热功耗均满足系统要求,验证了热控设计的有效性,可为类似发动机热控研制提供一定参考。     

无载荷舱航空相机的热控设计与试验验证

为保证航空相机在平流层空间热环境下稳定运行,对无载荷舱的航空相机进行热设计和验证。基于20 km海拔高度下相机外部的对流及辐射环境特点,采用一维对称平板测试法确定选取多层隔热组件作为相机蒙皮材料,选取聚氨酯泡沫作为隔热填充材料。对载荷相机进行热控系统设计,并利用有限元软件分析极端工况下相机的温度场分布,最终设计热控总功率为240 W,包含为相机镜头除霜预留的部分热控功率。低气压热平衡试验验证结果与仿真分析结果吻合良好;低温工况下热控功率约占总功率的70%,控温点的温度波动在±1 ℃以内,满足相机控温精度要求。     

铌铪合金表面硅化物涂层的高温失效行为分析

铌铪合金为轨姿控液体火箭发动机推力室身部主要结构材料,在高温有氧的工作环境中易发生氧化粉化,必须在合金表面涂覆高温抗氧化涂层。通过分析铌铪合金表面硅化物涂层的高温氧化、高温热震、瞬时高温烧蚀和热试车行为,阐述高温条件下的氧化失效行为。试验结果为:涂层1 800℃以下氧化条件下,表面形成致密的二氧化硅氧化膜,使得涂层的氧化寿命大于2 h;1 800℃以上的超高温氧化条件下,高温热冲击作用,涂层内部形成大量的烧蚀型网格结构,表面未形成二氧化硅氧化膜,氧化寿命小于10 s;热试车考核中,涂层满足推力室外壁面温度1 350℃以下的使用工况,抗氧化能力较好,随着氧化温度升高,涂层高温抗氧化能力迅速衰减。     

第二代490N发动机热控设计

为解决“东方红四号”卫星平台因第二代490 N发动机点火而导致其周边重要结构件温度偏高的问题,重新对发动机周边结构件的热控进行了设计,包括采取隔热垫、高温隔热屏、热防护筒及控制对接框表面状态参数等热控措施,同时利用TMG热分析软件对改进的热设计进行了分析验证。分析结果表明:对接框在发动机点火期间的最高温度为57.5℃,小于温度指标上限值（70℃）,且余量充足;发动机支架的热变形情况也满足指标要求,验证了改进热控设计的正确性。     

模块化热控技术及其在低轨卫星中的应用

针对模块化卫星各模块结构独立且需满足重复分离的要求,以及热耗不均衡分散分布的特点,提出金属基底-阵列碳纳米管热接口、结构板石墨稀涂膜及智能热控涂层散热面的模块化热控技术。该热控技术建立了可重复分离的模块间及受限空间模块内部的高效传热路径,并可自适应外热流变化,从而实现模块化卫星分散式热耗的协同散热。通过热仿真有限元分析模拟了近地圆轨道卫星在轨极端工况下的温度响应,结果满足热控指标要求,验证了模块化热控技术在低轨模块化卫星中的应用。     

基于石墨烯强化传热的微小飞行器热控设计

文章针对微小飞行器电子设备高度集成化带来的热控风险,以某微小飞行器为研究对象,在分析其轨道参数和结构性能的基础上,提出采取不同厚度的石墨烯导热层等温强化传热的热控设计方案;通过热分析软件建立飞行器在轨状态的热模型,仿真计算飞行器在高温和低温工况下的外热流及不同厚度的石墨烯导热层方案下的瞬态温度分布,并对结果进行对比分析。结果表明,采取石墨烯导热层等温强化传热的热控方案可明显降低微小飞行器内部单机的温差,解决高低温工况下单机温度波动较大的问题。同时,通过实验方法验证了利用石墨烯导热层实现微小飞行器等温化的可行性。     

载人航天器与空间站共轨飞行轨道维持策略

针对载人航天任务中面临的与空间站保持长期共轨飞行的轨道问题,分析了航天器在地球扁率J_2项摄动以及大气阻力摄动作用下,长期共轨飞行航天器半长轴、相位和升交点赤经的变化特性,并设计了仅通过面内调整同时实现面内和面外调整的共轨维持的控制策略。通过仿真算例验证了控制策略的有效性,轨道维持的燃料消耗合理。可为我国载人航天器与空间站共轨方案设计提供参考。     

地球静止轨道遥感器空间热流模拟方法研究

空间遥感器需开展地面热试验以验证热控设计的正确性,而空间热流的准确模拟是地面热试验验证的关键因素。地球静止轨道遥感器空间热流复杂,空间热流的准确模拟更为重要。文章提出了一种地球静止轨道遥感器空间热流模拟方法,解决了高轨光学系统受照的热流模拟问题,大大提高了静止轨道遥感器地面试验的准确性。文章以"风云四号"卫星闪电成像仪为例,详细介绍了热流模拟方法,并进行了地面试验和在轨验证。地面试验和在轨飞行温度数据表明该模拟方法正确,模拟数据可靠。文章介绍的热流模拟方法也为后续高轨遥感器及太阳观测遥感器空间热流的模拟提供了参考。     

突破难题,保证质量,甘于奉献——记神舟十一号热控分系统研制团队

正新状态,新挑战作为载人航天三期工程的第一艘载人飞船,神舟十一号的意义重大,肩负着为空间站任务进行技术验证的重任。相对于前期载人飞船,神舟十一号提高了轨道高度,并且要首次停靠飞行一个月,首次进行组合体偏航飞行。新的轨道,新的姿态,都给热控提出了新的挑战。原来的设计不适应新的环境了,带来的最大问题是飞船会经历从未经历过的极端高低温工况。其中飞     

硬X射线调制望远镜卫星热设计及验证

针对硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星轨道外热流环境恶劣、变化极其复杂、多载荷一体结构安装布局的热设计难点,结合天文探测卫星的轨道与姿态特点给出了其外热流分析结果和典型极端工况的选取依据,全面总结了整个型号热控研制过程中以乙烷深冷热管技术为代表的被动低温热设计特点及经验,介绍了望远镜载荷复杂凹表面传热系统的试验模拟验证方法及经验,对整星及望远镜载荷热性能的在轨飞行验证进行了总结和评价。     

一种耐高温阀芯密封材料在阀门上的应用

随着深空探测技术的发展,对深空探测器的环境温度要求越来越高,姿控发动机用电磁阀的最高工作温度由原先的80℃上升为140℃。为满足深空探测技术对阀门的高温环境要求,进行了两组试验,通过常温电磁阀的动作试验、验收级热循环试验(10～90℃)、鉴定级热循环试验(0～100℃)以及流阻试验进行比对,筛选出可耐高温的阀芯密封材料(PFA)。采用该阀芯密封材料的阀门顺利通过高温电磁阀的热循环试验(-15～135℃)、热真空试验(-15～135℃)、力学试验以及50万次寿命试验的验证,试验过程中以及试验后,采用该阀芯密封材料的阀门行程、漏率和响应特性等性能参数稳定。证明该阀芯密封材料可满足深空探测系统对阀门的高温环境要求。     

嫦娥三号“玉兔”巡视器热控制

根据嫦娥三号"玉兔"巡视器总体构形特点和任务过程中的环境条件,提出了巡视器月昼散热和月夜保温热控设计思路,具体描述了巡视器月昼朝天散热和月夜利用两相流体回路、同位素热源进行设备保温的热控设计方法。经过热平衡试验验证和在轨飞行验证,热控分系统的各项功能和性能均满足总体要求,设备温度均控制在所要求的温度范围内,表明热控设计是合理和可行的。     

神舟载人飞船热控分系统设计和在轨性能评估

针对神舟载人飞船热设计特点和难点，简要介绍了飞船的热控方案，并对热控分系统的飞行数据进行了深入分析，综合评估其在轨工作性能。飞行试验表明，飞船在临射前待发段、主动段、自主飞行段、返回再入段及轨道舱留轨各阶段，热控分系统均具有良好的调控能力和适应能力，全船仪器设备温度及密封舱空气温湿度均满足指标要求。     

空间站集成全局热数学模型的建模和分析

为了分析某空间站的综合热性能,建立了该空间站的集成全局热数学模型（IOTMM）。文章介绍了该空间站的物理模型、工作模式、热节点网络模型和流体网络模型,其中流体网络模型主要由氨外回路、低温水回路、中温水回路、舱内通风回路和舱间通风回路组成,最后利用IOTMM分析了空间站在载人飞行模式下各种设备的温度变化情况。