薛梦轩—卫星热控制技术

热控材料——导热填料
航天器上常用的导热填充材料有：金属箔、导热脂和导热硅橡胶等。
金属箔
导热脂
导热硅橡胶
热控材料——导热填料
常用导热填料接触导热率
热控制技术—主动控制
辐射式主动热控方法
主动控制
传导式主动热控方法
热控装置
对流式主动热控方法
主动控制—辐射式 热控百叶窗
热控百叶窗是利用敏感于热胀冷缩的驱动原件，带动机械结构运
热性能测试—太阳模拟器法
热性能测试—太阳模拟器法
1—抛物面反射镜；2—导筒； 3—椭圆面反射镜；4—氙灯； 5、7、8光学镜头；6—真空室壁。
同轴式太阳模拟器示意图
3 工作映射
STK—Satellite Tool Kit，即卫星工具包
STK是由美国Analytical Graphics公司开发的一款在航天领域 处于领先地位的商业分析软件。STK支持航天任务的全过程，包括设
热控材料——热控涂层选用原则
根据航天器热控制所需的各种表面的热辐射性质；
考虑涂层工艺的可能性； 涂层在空间环境的稳定性； 避免或减少卫星涂层表面被污染而导致其热物性的破坏； 选用成熟的涂层，注意经济性。
热控材料——热控涂层的应用
东方红一号卫星铝阳极化/铝合金电镀涂层
东方红2号甲 有机金属漆
卫星热平衡
热控系统
热控系统组成示意图
热控系统
被动控制
主动控制
热控系统
热控涂层 多层隔热材料 热管 相变材料 导热填充材料 电加热恒温装置 热控百叶窗 可控热管 风冷系统 无运动部件、不消耗能量、 技术简单、可靠、寿命长； 无自动调节能力
被动控制
热控方式
主动控制
适应能力和热控制能力强； 系统复杂，可靠性相对较弱
空间外热流的模拟，技术难度较大。常用的外热流模拟设备为： 红外加热笼、红外灯、康铜加热片与太阳模拟器。
模拟空间外热流的方法，通常采用吸收热流模拟方法，一般分
为三类： • 非接触式红外加热法（包括红外加热器与红外灯）；
• 接触式加热片；
• 太阳模拟器方法。
热性能测试—非接触式红外加热法
根据航天器在轨道上遇到的 空间热流和航天器外形，将适当
热控材料——多层隔热材料
多层隔热材料组成：
反射层：一般用镀金属材料的塑料波摸，镀的金属材料常
用的有铝、银、金等，表面发射率为0.02~0.06
间隔层：常用地导热率的质地疏松的纤维纸或织物（丝绸、
尼龙纱等）。 高温型 由金属箔构成反射 屏，多用于≤900度 由金属镀膜构成反射屏，使 用温度为0~250（中温）， -196~120（低温）
的红外加热笼或红外灯阵布置在
航天器周围，并与航天器保持一
定距离，通过对其通电发出红外
辐射，使到达航天器表面的红外 热流中，被表面吸收的部分等于 航天器在轨道上吸收的外热流。
热性能测试—接触式加热片
在卫星外表面胶贴一层薄膜加热器，通电后使其产生的热， 加上热沉的辐射和反射热流等于航天器表面吸收的空间外热流的 方法。
热控材料——多层隔热材料
多层隔热材料是一种组合结构，由反射层、间隔层和定型件
交错叠成。具有极好的隔热性能，用来保温或隔热，是超级隔
热材料。 在理想情况下，多层隔热材料的外层反射屏只能通过辐射 向内层反射屏传热，由于每层反射屏的表面发射率神帝，所以 向内辐射的热量很少，经过多次反射作用，达到保温或隔热效 果。
STK—Satellite Tool Kit，即卫星工具包
STK—Satellite Tool Kit，即卫星工具包
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低温型
热控材料——热管
热管是一种利用工质的相变和循环流动而工作的传热器件，由管壳、工质 和具有毛细结构的管芯组成。
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热控材料——热管
优点：工质循环不消耗能量，无运动部件，运行可靠，结构紧凑 使用要求：
工作温度范围：-60~60，必须在工质临界点和凝固点之间； 传热量和热流密度：传递的总热流量和蒸发段单位面积的热负荷； 热管总温降：蒸发段外壁面与凝结段外壁面的温差； 尺寸、重量、几何形状：由应用场合来决定。
对流热控方法的优点：换热能力很强，组织航天器内部的换热比较容易。
对流热控制技术用于航天器时需要注意的问题： 保持密封，以保证对流控制系统有足够的流体进行热交换； 由于失重，一般需使用强制对流手段组织热交换，这就需要使用运动机械，要
消耗电能，因而系统复杂。
主动控制—对流式
热性能测试—空间外热流模拟
法、姿态定义、坐标类型和坐标系统、遥感器类型、高级的约束条件
定义，以及卫星、城市、地面站和恒星数据库。
对于特定的分析任务，STK提供了附加分析模块，可以解决通信 分析、雷达分析、覆盖分析、轨道机动、精确定轨、实时操作等问题。 另外，STK还有三维可视化模块，为STK和其它附加模块提供领先的 三维显示环境。
动，控制传热通路的辐射换热热阻，从而实现控制排放热量。
热控百叶窗结构示意图
主动控制—传导式
传导式主动热控技术是通过控制传导途径上的热阻来实现 控温的，例如接触式热开关和可控热管（可变热导热管、热 二极管、热管式热开关）。
主动控制—对流式
对流热控制是利用流体对流换热的方法对卫星内部整体或局部实施热控。 包括：气体循环热控制系统、液体循环热控制系统、两相流体回llite Tool Kit，即卫星工具包
STK提供分析引擎用于计算数据、并可显示多种形式的二维地 图，显示卫星和其它对象如运载火箭、导弹、飞机、地面车辆、目标 等。STK的核心能力是产生位置和姿态数据、获取时间、遥感器覆盖 分析。
STK专业版扩展了STK的基本分析能力，包括附加的轨道预报算
卫星热控制技术
汇报人：薛梦轩
目
录
热控涂层 热管 相变材料 多层隔热材料 导热填料
热被动控制
辐射式 传导式 对流式
空间热环境模拟
热主动控制 卫星热试验
1 概述
卫星热控制 什么是卫星热控制？
卫星热控制技术，是控制卫星内部及外部环境热交换过程， 使其热平衡温度处于要求范围内的技术。 卫星的热控制已发展成为一门独立的学科，这就是空间热物 理学。它和许多学科有着广泛的联系，涵盖了热力学、传热学、传
2 主要知识点
热控材料——热控涂层
热控涂层是专门用来调整固体表面热辐射性质从而达到热控制目的的表面 材料。
热控材料——热控涂层的类型
金属基材型热控表面：最简单、可分为抛光金属表面、 喷砂金属表面。 电化学型热控涂层：阳极氧化涂层、电镀涂层
涂料型热控涂层：基料+颜料组成，有机漆、无机漆、
真空沉积型热控涂层：真空蒸发-沉积金属型、 第二表面镜型热控涂层 其他热控涂层：玻璃搪瓷、等离子体喷涂、热控带等
热传质学、流体力学、计算传热学、空间几何学、电子学、化学、
物理、计算机等多种学科的知识。
卫星热控制 为什么要进行热控制？ 一个在地球同步轨道运行的铝抛光表面薄壳球形卫星，如果 这球体表面不加任何热控涂层，卫星内没有内热源，当卫星对太 阳定向时，则向阳面得最高温度达250℃，而背阳面的温度将会 低到-200℃，如果不采取任何热控措施的话，则其温度的不均 匀性或温度的变化也能达到-50℃~100℃，这对于星上的各种 仪器设备、结构部件来说都是无法承受的。因此，需要对卫星进 行热控制，保证卫星各个部件的正常运行。
热控材料——相变材料
在一定温度下材料产生相变过程，并利用相变时放出或吸收的相 变潜热，达到保持仪器设备温度在要求范围内的材料。
热控材料——导热填料
两接触面之间的热传递，不仅与接触面本身热阻有关，海域面 —面之间接触热阻有关，一般传热是通过以下三个途径实现的：
真正的接触表面之间的固体导热； 两表面之间的辐射传热； 间隙中空气或其他物质的导热。