深空探测对航天器热控技术的推动

工程热物理学广泛应用于航天领域,一方面解决了具体航天工程问题,另一方面逐步发展成为交叉学科——空间热物理。随着我国在深空探测领域不断拓展,以深空探测器研制中的工程热物理问题为需求背景,推动着航天器热控制技术、防热技术等取得新的发展。文章在介绍深空探测器技术体系的基础上,分析了热设计、热分析、热试验、热控硬件、防热等方面的技术进步,并就深空探测领域进一步拓展对工程热物理发展的牵引进行了展望,分析了工程热物理学与航天技术间相互促进、相互推动的关系。     

Thick galactic cosmic radiation shielding using atmospheric data

NASA is concerned with protecting astronauts from the effects of galactic cosmic radiation and has expended substantial effort in the development of computer models to predict the shielding obtained from various materials. However, these models were only developed for shields up to about 120 g/cm² in mass thickness and have predicted that shields of this mass thickness are insufficient to provide adequate protection for extended deep space flights. Consequently, effort is underway to extend the range of these models to thicker shields and experimental data is required to help confirm the resulting code. In this paper empirically obtained effective dose measurements from aircraft flights in the atmosphere are used to obtain the radiation shielding function of the Earth's atmosphere, a very thick, i.e. high mass, shield. Obtaining this result required solving an inverse problem and the method for solving it is presented. The results are shown to be in agreement with current code in the ranges where they overlap. These results are then checked and used to predict the radiation dosage under thick shields such as planetary regolith and the atmosphere of Venus.     

激光有源干扰的防御措施

激光有源干扰是目前光电干扰领域发展的热点,如何对其实现成功防御是一个重要课题。主要讨论了激光有源干扰的各种防御措施,重点是激光测距机和半主动激光制导武器的抗干扰措施、激光防护器材的防护原理以及新体制导弹的强激光防护技术。     

弹道导弹突防中的电子防护效能研究

分析了弹道导弹突防中的电子战威胁环境。针对弹道导弹突防阶段可能遭受的电子攻击模式,提出了相应的电子防护措施,并对防护措施的可行性和有效性进行分析和讨论。提出了弹道导弹突防阶段电子防护效能的概念,建立了电子防护效能评估指标体系,在此基础上建立了一系列电子防护效能评估模型。     

液态水相变发散冷却的实验

以液态水为冷却介质,采用高温合金粉末烧结多孔材料制造平板实验件,实验研究了具有液态水相变的发散冷却特性.用远红外热像系统记录实验平板热端表面温度分布,通过热电偶及压力传感器监控冷却腔内温度和压力变化,从而分析液态水的相变过程.实验表明:随着液态水注入率的增大,平均冷却效率不断提高;当液态水在暴露于高温主流的平板表面发生气液相变时,平均冷却效率趋于稳定且不再大幅上升;主流温度与液态水注入率决定了液态水的相变位置,并对冷却腔内压力变化产生影响.      

BP神经网络反演核事故源项中重要参数的研究

核事故发生时,可靠、准确的源项信息能为应急防护行动措施决策提供数据支持。采用Matlab软件神经网络工具箱可以实现基于BP神经网络的核事故源项反演,为提高核事故源项反演计算的准确度,针对反演时的几个重要参数进行研究,包括隐含层节点数、训练函数、学习率和隐含层数。研究结果表明,在单隐含层神经网络结构情况下,存在着最优隐含层节点数,综合考虑训练时间和误差,本文选取隐含层节点数为50来对其他参数影响进行进一步研究;在相同参数设置条件下,训练函数Trainlm比Traingdm更适合数据量较小时的核事故源项反演,反演计算准确度更高,在节点数为50时训练时间缩短了近35%;高学习率以及双隐含层能有效地提高核事故源项反演的精度,但训练时间相对增加。     

栅格翼电弧风洞试验的气动参数模拟方法研究

为验证栅格翼防热方案的有效性,针对栅格翼单片级试验件厚度过低无法直接测量试验件冷壁热流密度的难题,提出了一种直接模拟来流气动参数的栅格翼热防护试验设计方法,能够准确考核防热方案,对类似结构的热防护试验具有指导意义。     

某探测器上火箭发动机热防护仿真与设计

根据某探测器的具体结构及工作条件,分析和计算探测器上火箭发动机的热环境参数.利用有限元法计算火箭发动机固壁辐射热流密度,依据热流边界条件设计热防护方案;利用有效发射率表征多层隔热材料隔热性能并进行温度场数值仿真.由于多层隔热材料性能参数的不易确定性,计算了参数在较大范围内的热防护效果.通过仿真计算验证热防护方案的有效性和可靠性,并分析影响热防护效果的主要因素;计算结果表明多层隔热材料的有效发射率是影响隔热性能最重要的因素,比热容、表面发射率、密度对热防护性能影响很小.      

飞行器鼻锥凹腔-发散组合冷却数值模拟

尖锐鼻锥冷却方案是可复用式航天飞行器研究领域一个十分重要的课题。传统发散冷却虽然可以有效降低鼻锥结构温度,但是由于驻点外极高的热流、压力,会出现驻点冷却效果差的问题。迎风凹腔结构是一种针对鼻锥驻点区域的减阻防热方案,尖锐唇口的分流作用可以使附近压力、热流降低。因此,提出一种新型冷却结构——凹腔-发散组合冷却,利用迎风凹腔结构对驻点的强化冷却解决发散冷却中驻点难以冷却的问题。以楔形鼻锥为物理模型,对发散冷却、迎风凹腔结构和凹腔-发散冷却3种冷却结构进行数值模拟,并和无冷却的纯鼻锥结构进行对比。结果表明,与传统发散冷却相比,使用凹腔-发散组合冷却可以使结构温度峰值下降16.8%;与没有冷却的纯鼻锥模型相比,鼻锥头部圆弧段表面平均温度降幅可达64%,证实了这种新型冷却结构的可行性和高效性。     

Europa planetary protection for Juno Jupiter Orbiter

NASA’s Juno mission launched in 2011 and will explore Jupiter and its near environment starting in 2016. Planetary protection requirements for avoiding the contamination of Europa have been taken into account in the Juno mission design. In particular Juno’s polar orbit, which enables scientific investigations of parts of Jupiter’s environment never before visited, also greatly assist avoiding close flybys of Europa and the other Galilean satellites.