月球着陆器两相流体回路性能衰退分析与验证

针对嫦娥三号着陆器两相流体回路12个月球昼夜的寿命需求，开展了氨分解导致两相流体回路传热温差增量的分析和试验验证，结果表明寿命末期不凝气体引起传热温差增量不超过2.2 ℃，同位素核热源(RHU)向探测器的供热量减小0.6 W，设备温度整体降低0.6 ℃，对热控系统影响可忽略。根据在轨遥测，寿命周期内，两相流体回路工作在45 ℃~50 ℃时不凝气体引起的传热温差增量不超过1.5 ℃，与地面验证结果吻合较好；经历52个月球昼夜周期内，传热温差在3.5 ℃~4.7 ℃内波动，在轨工作良好。     

月面探测器月夜休眠自主唤醒方法

提出一种月面探测器休眠自主唤醒方法:月夜来临时通过地面控制对月面探测器所有设备进行休眠操作;月昼来临时靠太阳光触发唤醒功能,由休眠唤醒电路自主发送指令唤醒探测器,解决月面探测器安全可靠度过月夜的能源供给问题。该方法已通过在轨验证,可为其他深空探测任务提供参考。     

硬X射线调制望远镜卫星深冷热管设计及试验研究

针对硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星低能探测器(CCD)的散热需求,开发了一种乙烷工质深冷槽道热管。在传热性能测试设备中,采用抽真空方式,对深冷热管的传热性能及最大热流密度进行试验。结果表明:所设计的乙烷工质深冷槽道热管在-80℃时最大传热能力不小于18W·m,热管最大传热温差3.2℃,满足低能探测器晶体的散热需求;深冷槽道热管设计过程中,应考虑气液剪切力对最大传热能力计算结果的影响。该设计可为其他工质深冷槽道热管的设计提供参考。     

嫦娥四号着陆器月夜热电联供系统设计与验证

为了实现嫦娥四号着陆器在月球表面长期生存并完成月夜阶段温度采集任务,研制了一套高效的月夜热电联供系统。该系统主要由同位素温差电池(RTG)和两相流体回路组成。RTG发电废热在其端面集中排散,两相流体回路通过平板式蒸发器与RTG安装连接,收集热量传输到舱内。通过地面试验对系统功能进行了初步验证,试验中两相流体回路启动、断开正常,运行稳定。在轨飞行结果表明,该系统工作正常,实现了93%以上同位素核热源的热量用于温差发电器产生电能,并且收集了67%的发电废热用于舱内平台设备控温。     

环路热管在低温真空环境下的控温性能试验研究

针对某航天遥感器CCD器件在轨全寿命周期±2℃的控温要求,文章设计了一种采用陶瓷毛细芯的控温型环路热管。相比常用的金属毛细芯,陶瓷毛细芯具有更广的工质/壳体相容性、更高的开孔孔隙率、更低的导热系数和更小的孔径。上述优点使陶瓷毛细芯环路热管具有更高的运行效率和可靠性。文章通过低温真空试验验证了这种环路热管模拟空间环境下的启动和控温性能。该环路热管在储液器21.4℃、冷凝器–50.7℃的低温大温差条件下成功启动,在恒定驱动功率80W/70W/60W和交变功率30W/60W加载下,蒸发器九个冷板控温精度分别可以达到±0.4℃和±0.5℃。控温型陶瓷毛细芯环路热管可以满足分布式间歇工作多热源系统的精确控温,具有非常广阔的在轨应用前景。文章结论可为控温型环路热管在轨应用提供参考。     

航天器分支槽道热管设计及传热特性分析

航天器内部热源分布日益复杂,传统热管无法有效解决小空间内多热源的均温问题。文章设计了一种带有分支的槽道热管,通过分支的连接建立多热源间的传热通道,从而实现温度均匀(简称“均温”)。均温试验结果表明：当对功率为4 W,8 W,12 W,16 W的4个热源进行均温时,分支槽道热管的最大温差为0.9℃。传热特性试验结果表明：当加热功率为16 W时,分支与连接段、分支与分支间的热阻分别为0.15 K/W和0.17 K/W。分支槽道热管的均温和传热性能良好,可为多热源均温提供新的方法。     

月面探测器月夜生存方法研究

提出一种月面探测器月夜生存方法,将探测器月面模式分为月昼工作模式和月夜休眠模式,并设计实现两种模式间的可靠转换。在月夜休眠模式将探测器设备断电解决无光照无太阳阵功率的问题;利用放射性同位素热源解决月夜期间探测器的热源问题,保证设备的存储温度;通过设计休眠光照唤醒和休眠定时时钟唤醒两种冗余设计方法实现探测器两种模式的转换。该方法已通过试验验证,可以为其他深空探测任务提供参考和借鉴。     

平板式小型环路热管的实验研究

设计一套蒸发器尺寸为74 mm(D)×14 mm(H)的平板式小型环路热管(mLHP),工质为甲醇,冷凝方式采用冰水混合物冷却,研究其换热性能。实验表明,该环路热管能够实现重力和无重力辅助启动。倾角为18 °、充灌率为60%时,热负荷从20 W增加到140 W,整个环路热管热阻从2.58 ℃/W减小到 0.44 ℃/W 。无重力辅助启动时,mLHP能够散去130 W的热量而壁面温度低于80 ℃。当热负荷一定, 无重力辅助启动时的蒸发器壁面温度高于重力辅助启动时的壁面温度。在保证系统启动的工质裕量前提下,减少工质充灌量有利于降低蒸发器壁面温度。mLHP运行存在低热负荷区和高热负荷区,在低热负荷区,蒸发器和补偿腔温度随着热负荷的增加降低;在高热负荷区,蒸发器和补偿腔温度随着热负荷的增加升高。     

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。     

地球静止轨道卫星SADA热设计及高温工况温度分布研究

针对地球静止轨道卫星SADA轴系周向或轴向温度梯度过大导致卡死的故障情况,开展某卫星SADA热设计、热仿真及太阳模拟器光照试验研究。采用挡光板及均温措施等热设计减小SADA温度梯度及外热流影响。试验外热流模拟冬至工况,舱内边界温度25℃,通过在其内部和外部布置88个温度测点,得出SADA内部的电缆束、功率盘片及电刷温度较高。轴系两端面周向最大温差分别为1.2℃和8℃,轴系两端面最大温差6.8℃。在此温度环境下,SADA工作正常,证明了其本身及热控设计的合理性。热仿真计算结果与试验结果一致性较好。研究结果还得到了在轨数据的验证。SADA数学模型、试验方法和结果可为后续型号不同工况条件工作的SADA提供热设计指导。     

CPL技术在FY—1C卫星中的应用

为使FY 1C卫星上的镉镍电池可向空间散热 ,以降低工作温度 ,采用了毛细泵回路 (CPL)技术。介绍CPL的工作原理、主要组成以及在卫星上控制星载设备温度应用的设计技术 ,给出了在地面进行的各项热性能试验情况。卫星在轨运行测试验证表明 ,卫星温度处于最佳状态 ,镉镍电池组的温度控制在 (4～ 9)℃的范围内 ,6台镉镍电池之间温差小于 3℃ ,满足镉镍电池的特殊温度要求     

多热源工况下燕尾形轴向槽道热管的热响应特性

建立了燕尾形轴向槽道热管应用于多热源时的瞬态传热及流动的理论模型并进行了数值求解,研究了该型热管应用于多热源时从启动开始直到达到稳态过程中,壁面温度、弯月面毛细半径、液体速度的实时变化。结果显示：毛细半径沿轴向单调递增;蒸发段有热源与无热源的连接处的温度阶跃变化;在蒸发段热源处,液态工质流速变化激烈,在蒸发段无热源处,液态工作速度变化比较平缓;同时,开展了热管瞬态特性测试实验,实验测量值与数值计算值符合较好。     

中国海洋一号卫星斯特林制冷机热控设计及其分析与验证

对中国海洋一号卫星斯特林制冷机的热控制方案、热分析、地面热试验和飞行试验等工作进行了深入总结分析，分析结果证明，在结合局部隔热设计和局部强化传热等热控措施的基础上，应用热管、冷板和安装于星外的热辐射器的组合集成热控设计方案，成功地解决了海洋一号卫星斯特林制冷机的热控关键技术难题，确保制冷机在星内5℃～35℃的环境条件下，温度仍控制在-15℃～0℃范围内。     

紫外成像光谱仪焦面CCD散热设计及验证

为保证空间紫外成像光谱仪焦面电荷耦合器件（CCD）在低温环境下的工作性能,需对焦面CCD进行散热设计。首先,根据焦面CCD的热耗、工作模式及温度要求,提出以高性能柔性石墨导热索为主要措施的散热设计方案,建立热仿真模型并进行热分析。然后,在真空环境下进行焦面CCD热平衡试验,结果显示：柔性导热索的CCD连接端与热管连接端温差仅为2.3℃,以此推算出导热索自身热阻为0.65℃/W,满足热阻小于1℃/W的指标要求,具有良好的导热性能;焦面CCD在长期工作模式下的温度为-21.4℃,满足低于-20℃的工作温度要求。仿真分析和试验结果基本一致,表明采用柔性石墨导热索结合热管的焦面CCD散热设计方案合理可行。     

星载平板有源SAR天线热设计与验证

合成孔径雷达天线是微波遥感卫星的重要载荷之一,一般具有尺寸大、收发单元多、热耗大、工作模式多等特点。载荷热耗峰值可达7000W,同时为减小热变形对指向精度的影响,设备温度一致性需优于10℃。因此大功率组件散热和温度一致性保持是合成孔径雷达天线热控的主要难题。采用被动和主动相结合的热控手段,合理设计散热通道,解决设备的散热难题;采用等温化设计,布置热管网络,降低设备间温差;采用新型智能随动控温方法,解决不同工作模式切换、空间外热流变化、辐射耦合带来的温度梯度保持难题。采用Thermal Desktop软件对天线进行了热仿真分析,并进行了热平衡试验。分析、试验结果和在轨测试结果表明温度和温差均满足要求。该设计方法可为大功率有源合成孔径雷达天线热设计提供借鉴。     

高效空间应用燃料电池热能利用技术研究

首先介绍了空间应用燃料电池高效散热及温控技术。高精度控温主要是利用被动散热技术,将产生的热量快速传导至外部冷却介质,从而保证产热面的温度均匀性,实现电池稳定工作。通过嵌入式被动散热和双端散热的冷却方式,实现电堆内部最大温差小于5℃,换热系数达1000W/(m·K)。     

星载激光通信终端在轨机动对温度影响

对激光通信终端在轨瞬态温度变化开展了仿真,以期研究在轨机动的影响、热分析和热试验时机动模式的简化模拟。通过合理地分析与简化,建立终端的轨道热分析模型,准确模拟在轨机动,根据典型机动模式、外热流和涂层退化等因素设计了计算工况,得出了终端在轨运行过程中的温度场随时间和姿态变化规律。结果表明：不同机动模式下的温度变化存在差异,最大可达23.0℃,采用固定姿态或一维转动的简化热分析或热试验不能准确模拟实际飞行温度,甚至不能部分替代二维转动热分析或热试验;光学天线和反射镜的温度控制是制约终端工作的瓶颈,为终端设计合适的避光机动策略,可大幅度提高温度稳定度和均匀度。研究结果可以为光机电设备在轨机动策略的设计和改进提供参考。     

热力学排气工作过程中流体热分层实验研究

基于地面热力学排气实验平台,以R123为工质,在初始液位0.595 m、外部漏热800 W的工况下,研究了箱体增压、混合喷射降压、节流制冷以及自然冷却等不同工作过程中箱内流体温度分布。实验结果表明:在增压阶段,箱内流体温度分层发展良好。在混合喷射阶段,当循环流量为96 L/h时,热层厚度发展速率为1.57 mm/min;而当循环流量增加到152 L/h时,热层厚度增加率为1.07 mm/min。热分层充分发展大约耗时5.48 h。在节流制冷阶段,液相温度变化基本控制在1.98℃以内,气相最大温降13℃。自然冷却阶段开始15 min后,制冷喷射的影响逐渐消失。在外部空气冷却下,气相温度逐渐趋于顶部温度最低、界面温度最高的线性分布;液相测点则基本上以恒定的速率平行向温度降低方向推进。     

基于相变传热技术的空间瞬时大热耗载荷级联散热设计

针对空间千瓦级瞬时大热耗载荷的散热问题,提出了一种"平板蒸汽腔(Vapor Chamber,VC)+相变装置(Phase Changed Material,PCM)+环路热管(Loop Heat Pipe,LHP)"的一体化通用级联散热设计方法。以被动控温为主,采用当量导热系数大于2000W/(m·K)的VC强化传热,进而通过3D打印的导热蜂窝结构PCM强化热量的储存和释放。以某瞬时热耗达3000W的空间载荷为例进行散热设计,通过热分析和热试验验证,结果表明:热源45s和60s工作时间内最大温升分别为12.5℃和19.6℃,温度控制在10～40℃的范围内;修正后的热分析模型与热试验结果对比,绝对误差为1℃左右,相对误差为4.85%。验证了设计方法的正确性,可为同类空间千瓦级瞬时大热耗载荷的热设计提供参考。     

目标飞行器舱内流场设计验证与评价

目标飞行器密封舱内流场设计是实现舱内温湿度控制、污染物扩散的基本途径,是保证长期在轨驻留航天员热舒适性的重要手段。文章分析确定了目标飞行器流场设计地面验证的等温化试验准则,通过保证流场温差不大于1 ℃,降低地面自然对流的影响,使微重力环境下工作的流场设计在地面环境得到有效验证。结果表明,航天员活动区88.3%区域风速在0.08～0.5 m/s之间,睡眠区风速均在0.08～0.2 m/s之间,均满足指标要求。目标飞行器流场最佳风速范围（0.076～0.203 m/s）所占比例为82.8%,优于国际空间站各舱段最佳风速范围所占比例。