卫星热控制技术

镀金：铝合金光亮镀层
镀黑镍：铝镀黑镍涂层
有机白漆，有机灰漆，有机黑漆，有机金属漆
热控涂层
涂料型
无机漆 无机白漆，无机黑漆 真空蒸发沉积金属 有机白漆，有机灰漆，有机黑漆，有机金属漆
真空沉积型
第二表面镜 其他
玻璃型，塑料薄膜型，复合薄膜型等
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热控材料和热控装置
金属基材型热控涂层
磨砂不锈钢
抛光钨铜片
泡沫隔热材料是一种多孔轻质聚胺脂固体材料，主要通过固体和气体导热 以及辐射的方式传热。
镀 铝 聚 酯 薄 膜
泡 沫 硅 橡 胶
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热控材料和热控装置
导热填料
为了改变两接触表面之间的接触热导率，可在接触表面之间填充导热材料。
一般的导热材料有金属箔、导热脂、导热硅胶。
金属箔
导热脂
导热硅胶
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热控材料和热控装置
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热控实例
推进舱热控
被动热控措施 • 柱段仪器圆盘对应处设置散热面 2平方米 • 外表面包覆 MLI ，在尾流罩部位 安装高温隔热屏返回舱和推进舱 之间的防热罩上包覆MLI • 内表面喷涂高发射率的热控涂层 • 舱内电子仪器设备表面进行黑色 阳极氧化处理或喷涂高发射率无 毒热控涂层
神州五号推进舱
22烷 C22H46
44
249
763
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热控材料和热控装置
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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热控材料和热控装置
热控涂层 隔热材料
被动热控
导热填料 相变材料
热管 辐射式主动热控
热控材料
热控
主动热控
传导式主动热控 对流式主动热控
热控装置
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热控材料和热控装置
电化学型热控涂层
铝阳极化
电镀涂层
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热控材料和热控装置
有机漆热控涂层
硅橡胶 有机基料 硅树脂 氟橡胶
有机白漆 白色颜料
氧化锌等
有机白漆
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热控材料和热控装置
真空蒸发型热控涂层
真空蒸发沉积技术 （蒸镀）
物理气相沉积技术 （Physical Vapor Deposition，PVD）
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热控材料和热控装置
对流式式主动热控
某航天飞船对流式主动热控系统
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热控实例
神舟五号载人飞船是中国首
次发射的载人航天飞行器，于 2003年10月15日将航天员杨利伟 送入太空。这次的成功发射标志 着中国成为继前苏联和美国之后，
第三个有能力独自将人送上太空
的国家。
神州五号载人飞船
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热控实例
热控特点：
主动热控措施 1）推进剂贮箱、应急电源、红外地球敏感期、分流调节器等采用主动电加热控 温和被动热控相结合 2）4个镉镍电池采取冷板降温，在距后Y框约295mm铆接了3圈液体加热管路 热控外回路的全部设备和部件 35
热控实例
神 州 五 号 热 控 系 统
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Part 3
工作映射
卫星导航信号产品设备
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卫星热控概论
卫星热控系统
吸 热 装 置 热量 吸 热 表 面 隔热材料 散 热 装 置 散 热 表 面
导热部件 辐射装置
星上 仪器 设备
热量
流体传热系统 电热系统
温度传 感器
温度传 感器
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卫星热控制概论
卫星热控方式
被动式控制：又称无源控制，即依靠合理的总体布局和选择设计参数，正 确地组织与控制星体内、外的热交换过程来达到热控制的目的。 优点：技术简单，无运动部件，所以可靠性高，使用寿命长；缺点：无自 动调节温度的能力。
低
高
高
金属
金属 铝等金 属
好
好 好
好
好 好 较好 好 较好 好
由金属确定
由金属确定 好 较好 好 由金属确定 由金属确定
较好 需电镀槽，适用于 中小零件
同上
电化学 阳极氧化 低-高 有机漆 涂料 无机漆 低-高 低-高 低-中 低 高 高 低 低-高 低-高 低-高 低-高 低-中
金属 较好 非金属
溅射沉积技术
离化PVD技术
真空沉积蒸发装置示意图
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热控材料和热控装置
热控涂层应用
东方红一号 有机金属漆
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热控材料和热控装置
涂层类型 涂层 热辐射性质 α ε α/ε 底材 附着性 清洗性 耐紫外辐射 性 工艺性
金属基材
抛光金属 低
电镀 低
低
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自GPS投入使用以来，它巨大的战略和经济效益引起了全世界的重视，世界各大 国和组织纷纷着手开发自己的卫星导航定位系统。目前，世界上有四大全球导航卫星 定位系统，分别是美国的GPS系统、俄罗斯的GLONASS系统、欧盟的Galileo系统和中
国的BDS北斗卫星导航定位系统。其中后两个系统正在建设中。随着卫星导航技术的
卫星在宇宙空间的热平衡关系
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热控系统的研制
热设计目的： 确保星上所有的仪器设备和卫星本身的构件的环境温度都处于要求的范围内。 温度要求： 常温要求。星上大部分电子设备要求的工作温度范围在0～40℃。 恒温要求。保证星上的精密仪器设备（如遥感系统中的光学系统、精密的电子器械） 良好工作，其温度必须恒定，不随时间变化。 高、低温要求。遥感器的红外光学探测元件，其工作低温范围约在20～80K，卫星 热设计必须为其提供相应的低温工作条件。与此相反，有些星上装置，如某些制冷 系统、温差发电系统要求提供高温条件。这些要求也是热设计所必须考虑的。 等温要求。指通过采取一定的热控措施、合理的热源布局，使卫星上局部范围或整 星的温度基本上达到相等，即所谓等温化。星体的局部或整体的等温化不仅有利于 改善星体的热性能，而且有利于简化卫星热设计、简化热试验以及增加热设计的可 11 靠性。
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卫星热控制概论
卫星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。
表面材料。
。 两个重要参数：太阳吸收率 s ，辐射率：
这两个重要参数决定了表面的热辐射性质，热辐射性质直接控
制着卫星表面的温度水平。
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热控材料和热控装置
抛光金属表面：抛光金银铝镁不锈钢表面等
热控涂层
金属基材型
喷砂金属表面：如不锈钢喷砂表面 阳极氧化涂层：铝和铝合金阳极氧化涂层
电化学型 电镀 有机漆
金属 非金属 差
工艺简单，适用面 宽
同上 需镀膜设备，适用 中小零件 同上
真空正发 低 真空沉积 第二表面 低
金属 较好 非金属 金属 非金属 好
热控涂层比较
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热控材料和热控装置
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。
主动式：当卫星内、外热流状况发生变化时，通过某种机构的动作或电子 控制线路来实现热控制。 优点：具有较大的适应能力和热控制能力；缺点：系统复杂，可靠性问题 和重量问题使它在应用中受到一定得限制。
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热控系统的研制
Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7
Q1 太阳直接加热量； Q2 地球及其大气对太阳的反照加热量； Q3 地球的红外加热量； Q4 空间背景加热量； Q5 在卫星内部还有仪器设备工作时产生的内热量； Q6 卫星向空间辐射的热量； Q7 内能变化量；
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热控材料和热控装置
辐射式主动热控
用温度敏感器驱动器带动动作部件，调节辐射散热能力，控制温度
热控百叶窗
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热控材料和热控装置
传导式主动热控
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）。
对流式式主动热控
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、两相流体回路热控制系统。 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。
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热控实例
轨道舱热控
主动热控措施： • 对推进剂贮箱、镉镍电池、相 机窗口、红外地平仪、分流调 节器等采用主动电加热控和被 动热控相结合 • 隔热罩上布置两路空气加热器 • 设置轨道舱热控风机 • 散热面外设置电动百叶窗（叶 片外表面贴F46单面镀铝膜）， 以提高自主飞行期间的舱温和 降低留轨期间仪器的工作温度 • 布置了7个湿度传感器、一个 便携式风速传感器
神州五号热控总方案
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热控实例
在自主飞行期间（轨道舱是密封舱，工作仪器发热量不大）需减少漏热；留轨 期间（轨道舱是非密封舱，仪器发热量大），要加强散热 被动热控措施：
• 开散热面（内外表面ZKS白漆）
• 舱外表面纵向热管
• 除散热面外，其他舱外表面MLI，内表面粘贴泡沫塑料
• 6块仪器安装板（非仪器安装处）双面涂高发射率黑漆ERB-2B • 舱内电子仪器设备表面进行黑色阳极氧化处理或者喷涂高发射率无毒热控层 • 设置航天员活动区和仪器区之间的隔热罩
4
10 载人航天器热控制技术
Part 2
主要知识点
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卫星热控制概论
卫星热控制技术是控制卫星内外部环境热交换过程，使其热平衡温度处于
要求范围内。由于卫星热控系统是卫星十分重要的保障系统之一，卫星热控系
统的优劣，可靠性高低直接影响卫星其他系统的工作寿命。
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。
神州五号轨道舱
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热控实例
返回舱热控
• 被动热控措施： • 返回舱外表面喷涂S781-C涂层， 减少散热 • 内表面胶接热管，侧面贴泡沫 塑料 • 大底上贴一层聚酰亚胺薄膜压 敏胶带 • 舱内仪器设备进行黑色阳极氧 化处理或喷涂高发射率无毒热 神州五号返回舱 控涂层 主动热控措施： 1）设置7块冷板对仪器设备降温，并在冷板和仪器设备安装面间充导热脂， 返回舱大底上设置了陀螺热控风机和应答机热控风机 2）返回舱还布置了2个湿度传感器及其转接盒，用以测量舱内空气相对湿度
热控材料和热控装置
空间外热流
热控涂层 吸收的外热流 辐射热流
热 控 涂 层
多层 隔热 材料 组件
导 热 填 料
隔 热 材 料
热 管
相变 贮能 装置
电 加 热 器 件
百叶 窗和 转盘 热控 结构
其他
星体内部部件 热容 内热源
温度 加热功率
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热控材料和热控装置
热控涂层 热控涂层：专门用来调整固体表面热辐射性质从而达到热控制的
导弹与航天丛书卫星工程系列（130）
卫星热控制技术
汇报人：杨武涛 时 间：2018.8
1
目录
课本内容框架
主要知识点 工作映射
2
Part 1
课本内容框架
3
课本框架
1 概论
2 3 4 5 卫星热控制技术 热控系统研制 卫星热分析计算 热控材料 热控装置
6 热性能测试
7 8 9 热管及其应用 热控系统地面试验 中国卫星热控系统
相变材料
相变材料在工作温度下能发生相变，放出或吸收热量的材料。可用于内热
源或外部热源周期性变化的卫星，以保持设备温度稳定。
名称 14烷 C14H30 15烷 C15H32 16烷 C16H34 17烷 C17H36 18烷 C18H38 19烷 C19H40 20烷 C20H42 21烷 C21H44 熔点 ℃ 5.5 10 16.7 21.7 28 32 36.7 40.2 融化潜热 kJ/kg 228 205 237 213 244 170 246 200 778 758 0.1507 固2.20液 2.01 密度 kg/m3 771 768 774 778 774 0.1507 2.16 0.1507 2.11 热导率 W/(m•K) 0.1499 比热容 kJ/(kg•K) 2.07
1）飞船和载荷发热功率大，内部热负荷变化大，控温精度要求高 2）密封舱内采用了风冷系统和流体回路系统
3)对可靠性与安全性要求更高
4)热设计和热试验要适应不同飞行阶段和不同批次工作模式（自主飞行期 间保温和留轨利用期间散热） 5）航天员呼吸和皮肤排湿，要进行湿度测量和控制
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热控实例
热控
被动热控 （基础） MLI 涂层 热管 流体回路 主动热控 （重点） 气体通风 风冷回路 电动 百叶窗 电加热 控温仪