舱外航天服热试验方法研究

舱外航天服采用主被动相结合的热控方式控制内部的温度,但其外形复杂,影响外热流的因素很多,因此舱外航天服热试验存在着与传统航天器热试验完全不同的特点。文章根据舱外航天服热设计的特点,对舱外航天服的地面热试验方法进行了比较分析和研究,论证了采用等效外热流模拟方法,通过进行舱外航天服系统漏热和散热能力的测试来验证热设计方法的合理性及热试验方法的可行性。     

基于人体模型的舱外航天服热系统分析与计算

分析了舱外航天服空间换热的特点,对"空间环境-舱外航天服-人体"热系统进行了传热分析,利用Visual C++ 6.0及OpenGL技术进行了三维人体模型的构造,对人体体表温度的计算结果进行了三维图形显示.结合人体热调节模型建立了"空间环境-舱外航天服-人体"热系统仿真技术,分析了航天员在不同代谢模式、被动热防护状态及液冷、通风系统控制情况下的热状态,确定了各代谢活动水平下航天员达到舒适状态时液冷、通风系统的工作条件,利用暖体假人试验结果对系统仿真进行了验证,结果表明二者吻合很好,本项目具有很好的工程应用价值.      

中型空间环境模拟器真空系统的设计与模拟

探讨了用于舱外航天服性能实验的中型空间环境模拟器真空系统的设计和模拟。通过对低温泵的真空度及其抽速与液氦低温板温度的关系进行模拟,验证了真空系统设计的合理性。对中型环境模拟系统预冷采用开放式液氮以简化系统结构;对系统的主要部件液氦低温板和辐射挡板进行了构造分析和热负荷计算;分析了液氦低温板的凝结层对低温泵性能的影响。通过对液氦低温板温度场进行模拟及分析,对液氦低温冷凝面进行了优化设计与性能验证。通过对航天员氧消耗量的分析合理估算了航天员自身代谢产热,据此确定了中型空间环境模拟系统热负荷及液氦供应量。     

舱外航天服热设计技术

提出了舱外航天服热设计技术的研究内容,回顾了国内外在该领域的研究现状.分析了二维冷／热宽温度范围内的人体热调节系统、手指温度仿真以及液冷通风系统传热传质过程,建立了舱外航天服热设计仿真技术平台.通过人体热生理实验对该热设计仿真技术进行了验证.      

月面载荷被动热控技术

由于月面温度环境变化幅度较大,月面载荷需要通过被动热控装置有效控制其与外部环境的换热量,使其本体温度维持在工作或储存温度范围内。文章分析了月面载荷与外部空间环境换热方式;论述了低当量发射率多层隔热组件设计与结构组成;讨论了月面载荷最外表面辐射屏ε和α_s特殊设计及对其表面辐射平衡温度影响;指出利用月壤恒温层及其特性,展开式外多层隔热组件可以在载荷所在月面处形成一个温度相对稳定的月面小环境,其平均温度与当地月壤恒温层温度相当。     

舱外航天服热控系统仿真

针对人体穿着航天服处于过热状态下的散热问题，在分别建立人体热调节系统、金属氢化物冷源和液冷服数学模型的基础上，将3个模型进行结合，对舱外航天服热控系统在5．5h的时间轴上进行综合的仿真计算，求出人体各节段的温度分布情况，液冷服的入口及出口水温，金属氢化物冷源的出口水温等参数，分析航天员的热舒适性，对航天服热控系统的设计有一定的指导作用，并为今后进一步的研究打下了基础．     

反演航天器在轨瞬态外热流的导热反问题

获得航天器在轨飞行过程中的外热流数据对于研究热控涂层在轨退化规律、各种空间因素对热控产品的影响以及航天器姿轨控发动机羽流热效应都有非常重要的意义,然而直接测量热流存在很多困难,因此可以通过求解导热反问题得到满足一定精度的结果.首先,通过研究利用航天器设备在轨遥测温度值反演出航天器在轨瞬态外热流的导热反问题方法,建立了反演航天器在轨瞬态外热流的数学模型,采用共轭梯度法求解导热反问题并从物理概念角度改进了共轭梯度法的迭代过程以增加其抗不适定性;然后构造了两组能够代表目前大多数地球轨道航天器以及深空探测航天器在轨吸收外热流变化的数值试验对共轭梯度法的反演效果进行了检验.除阶跃变化位置以外反演值与真实值的最大相对偏差为2.9%,反演效果非常好;对于阶跃变化位置的吸收外热流在对反演结果进行分析处理后也能够得到较好的反演结果.      

热流现场校准装置研制及不确定度分析

为满足辐射热流测量系统的现场校准需求，基于高功率半导体激光热源发生技术，研制热流现场校准装置，介绍了热流现场校准装置的组成以及装置各组成部件的设计参数，通过光学分析软件对热流源进行光路设计，通过分析现场校准装置的各不确定度分量及计算合成的扩展不确定度，该装置实现扩展不确定度为2.7%,能够满足热流现场校准需求。     

航天器在上升段的空间辐射外热流计算

本文提出了航天器在上升段的空间辐射外热流计算公式及航天器在该段是否进入地球阴影区域的判定准则。本公式与航天器在轨道段的空间辐射外热流公式,为航天器的热设计及地面热真空试验提供了基本依据。     

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。     

纳卫星散热面与隔热层的联合设计模型与算法

纳卫星的被动热控系统对卫星舱内的温度控制及其有效载荷的可靠工作具有重要意义.散热面与隔热层设计是被动热控设计的两大关键环节.在对其进行传热学分析的基础上,建立了纳卫星散热面面积及隔热层厚度的联合设计模型和求解算法,阐述了应用这一联合设计模型与算法的具体流程,并以一太阳同步轨道纳米卫星为例,在客观分析其轨道热环境特点的基础上,对其散热面面积和隔热层厚度进行了设计计算、结果分析和仿真验证,得出了各设计参数间的制约关系,设计结果的分析及仿真验证表明:采用散热面和隔热层的联合设计可以得到较好的被动热控效果,这一联合设计模型与算法为纳卫星的被动热控系统设计提供了简便的设计计算模型和求解算法.      

液滴辐射器液滴层的优化设计

为有效提高液滴辐射器液滴层的辐射热通量,建立了矩形液滴辐射器三维液滴层非稳态辐射传热模型。采用FLUENT软件,针对液滴层辐射换热过程进行了模拟。数值分析了液滴分布特征、液滴初始温度、飞行速度、液滴间距、直径、液滴层长度及质量流率等7种因素与液滴层辐射热通量的关系及对其敏感度,提出了一种新的液滴层结构型式——中空型液滴层。结果表明,除液滴层长度和质量流率外,液滴间距和初始温度对辐射器液滴层的传热功率影响较大。在厚度方向液滴层数为100层、质量流率为12kg/s的条件下,中空型液滴层设计能将单位质量辐射热通量提高2~3倍。     

嫦娥五号探测器热平衡试验方案设计与实现

针对嫦娥五号探测器热平衡试验中面临的难题,在分析以往国内外航天器热平衡试验技术现状基础上,依据验证充分、有效与全面的原则,构建出一套探测器热平衡试验方案,提出一种基于“专用红外吸收式空间外热流模拟方式”的热平衡试验方法,设计了典型试验工况,同时优化了试验技术流程。地面热平衡试验结果结合在轨飞行数据表明：热平衡试验方案能够有效验证热控设计的正确性,专用红外吸收式外热流模拟装置偏差造成的温度影响不超过2℃,热平衡试验工况设置合理,技术流程优化,热分析模型相关性工作可使热分析模型更加准确可信。     

火星表面热环境对航天器热控影响分析

火星大气对太阳辐射产生吸收和散射作用,同时还将与火星表面航天器发生对流换热.热设计时难以直接评估对流、辐射和导热三种换热对航天器的影响,从而确定主要的控温途径.在调研火星表面辐射、大气等热环境的基础上,从线性化传热系数和对流辐射比的角度对比分析了辐射、对流和导热对航天器的影响.器表辐射传热系数随光学属性和温度的变化范围...     

First-order feasibility analysis of a space suit radiator concept based on estimation of water mass sublimation using Apollo mission data

Thermal control of a space suit during extravehicular activity (EVA) is typically accomplished by sublimating water to provide system cooling. Spacecraft, on the other hand, primarily rely on radiators to dissipate heat. Integrating a radiator into a space suit has been proposed as an alternative design that does not require mass consumption for heat transfer. While providing cooling without water loss offers potential benefits for EVA application, it is not currently practical to rely on a directional, fixed-emissivity radiator to maintain thermal equilibrium of a spacesuit where the radiator orientation, environmental temperature, and crew member metabolic heat load fluctuate unpredictably. One approach that might make this feasible, however, is the use of electrochromic devices that are capable of infrared emissivity modulation and can be actively controlled across the entire suit surface to regulate net heat flux for the system. Integrating these devices onto the irregular, compliant space suit material requires that they be fabricated on a flexible substrate, such as Kapton film. An initial assessment of whether or not this candidate technology presents a feasible design option was conducted by first characterizing the mass of water loss from sublimation that could theoretically be saved if an electrochromic suit radiator was employed for thermal control. This is particularly important for lunar surface exploration, where the expense of transporting water from Earth is excessive, but the technology is potentially beneficial for other space missions as well. In order to define a baseline for this analysis by comparison to actual data, historical documents from the Apollo missions were mined for comprehensive, detailed metabolic data from each lunar surface outing, and related data from NASA’s more recent “Advanced Lunar Walkback” tests were also analyzed. This metabolic database was then used to validate estimates for sublimator water consumption during surface EVAs, and solar elevation angles were added to predict the performance of an electrochromic space suit radiator under Apollo conditions. Then, using these actual data sets, the hypothetical water mass savings that would be expected had this technology been employed were calculated. The results indicate that electrochromic suit radiators would have reduced sublimator water consumption by 69.0% across the entire Apollo program, for a total mass savings of 68.5 kg to the lunar surface. Further analysis is needed to determine the net impact as a function of the complete system, taking into account both suit components and consumable mass, but the water mass reduction found in this study suggests a favorable system trade is likely.     

增强RRAM可靠性的热通量压缩算法

为提高阻变存储器(RRAM)的可靠性,研究了RRAM中的热串扰问题,提出了一种热通量压缩(TFC)算法,通过在RRAM读写电路之前加入TFC算法,降低在RRAM中产生的焦耳热,从而减弱RRAM中的热串扰问题,提高RRAM的可靠性。TFC算法通过分析计算写入数据流产生的真实焦耳热热量进而判断是否对写入数据流进行翻转编码,即TFC算法会在原始写入数据流和翻转编码数据流二者中选择热通量较小者通过算法层,从而达到减小RRAM存储器中焦耳热热量的目的。理论分析和仿真结果表明:以字节为单位数据块条件下TFC算法平均可降低30%以上的写入焦耳热,阻变单元的保持时间估值平均增加了35%以上。