第 8 章 热控制系统汇总

空间飞行器总体设计
§8.1 概述
4）地球大气环境
密度极低，对卫星的热平衡没有影响。
航天器热平衡示意图
空间飞行器总体设计
§8.2 卫星热设计
1 卫星热设计的任务和原则
1）热设计的任务 卫星热设计的任务就是根据卫星飞行任务的要求以及卫
星工作期间所要经受的内、外热负荷的状况。采取各种热控 措施来组织卫星内、外的热交换过程，保证卫星在整个运行 期间所有的仪器设备、生物和结构件的温度水平都保持在规 定的范围内。
空间飞行器总体设计
§8.2 卫星热设计
2 热控系统的方案设计
2）设计工况的选百度文库 最低温度工况：通常组合了航天器在轨道上可能遇到的
各种使航天器处于最低温度的极端热条件，包括最小受晒 因子，最小受照截面积，航天器内部最小发热功率，涂层 热特性为初始值，太阳常数为低值等条件的组合。
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行工况可能产生的温度偏差。
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§8.2 卫星热设计
3 热分析计算
2）热计算的基本过程 建立热网络数学模型； 用原型热平衡试验数据修正热网络数学模型； 根据修正后的热网络模型及其误差分析计算，计算所需
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靠 性。
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§8.2 卫星热设计
1 卫星热设计的任务和原则
3）热设计的原则
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§8.2 卫星热设计
1 卫星热设计的任务和原则
2）设备的温度要求
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。
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§8.1 概述
2）微重力
在空间微重力作用下，舱内因温差而产生的气体自然对流换热非常微 小，可以忽略不计。
3）空间外热流
航天器的空间热源主要是：太阳辐射、地球反照、地球热辐射 太阳辐射：太阳不断地向空间辐射大量的能量，其辐射密度为S＝ 1353±21（W/m²）。 地球反照：通常用地球反照率来描述地球反照的强弱程度。反照率最 高可达100%。 地球热辐射：可把地球当作250K左右的绝对黑体，向航天器热辐射。 （太阳：5762K的黑体）
性； 降低费用。
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§8.2 卫星热设计
2 热控系统的方案设计
1）热设计的基本条件
卫星的任务； 卫星的轨道参数及姿态状况； 卫星的构型和仪器设备的布局； 卫星各仪器设备和部件的材料、尺寸、质量、功耗、必要的热
物理性质、工作周期及工作寿命等； 卫星各仪器设备和部件的工作温度范围和温度变化速率要求； 卫星的总装测试、环境模拟试验和发射场地的环境条件及其对
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§8.2 卫星热设计
1 卫星热设计的任务和原则
2）设备的温度要求 卫星上各种仪器设备工作模式、热特性不同，对温度的要 求也不同，归纳起来大致有以下几类：
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℃，波动值也要求不超出这个范围。
恒温要求。为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。
妥善处理热控分系统与其他分系统之间的矛盾，妥善处理不同 飞行阶段热控技术要求之间的矛盾；
应具有较高的适应性，同时留有改变热载荷和局部修改设计的 余地——扩展能力；
减少质量，一个典型的热控系统的总质量大约不超过卫星整体 质量的3%～5%；
减少功耗； 便于分析计算和热模拟试验； 工艺可行； 尽量选择成熟的或经过飞行考验的热控产品，确保系统的可靠
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第八章 热控制系统
§8.1 概述 §8.2 卫星热设计 §8.3 卫星热控制技术 §8.4 卫星热试验
空间飞行器总体设计
§8.1 概述
卫星热控制系统的任务是通过对卫星内外热交换过程的控制，保 证星体各个部位及星上仪器设备在整个任务期间都处于正常工作的 温度范围，为卫星正常运行提供技术保障。
热控的要求； 各种被动、主动热控方法的性能特性、工艺水平和使用条件。
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§8.2 卫星热设计
2 热控系统的方案设计
2）设计工况的选择 设计工况就是进行热设计所依据的一个或几个特定的热工 况。卫星的热工况是很多的，必须选择一些典型的、有代 表性的热工况作为热设计的依据。
最高温度工况：通常组合了航天器在轨道上可能遇到的各 种使航天器处于最高温度的极端热条件，包括最大受晒因 子，最大受照截面积，最大地球红外辐射与地球反照热流， 航天器内部最大发热功率，涂层最大退化，太阳常数为高 值等条件的组合。
§8.2 卫星热设计
2 热控系统的方案设计
3）设计措施的选择 热设计是通过各种热控措施来实现的。选取热控措施的
一般原则：先考虑使用被动热控方法，再考虑使用主动热 控方法。设计顺序是先考虑卫星壳体内、外表面的热控措 施，再考虑卫星内部的热控措施。设计时要合理组织卫星 内部热交换过程，注意与其他分系统设计的配合。
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§8.2 卫星热设计
3 热分析计算
卫星的热计算主要包括轨道计算、外热流计算和温度计算三个 方面，贯穿卫星整个研制过程以及发射和运行的全过程。
1）热计算的作用
为热设计提供基本依据； 热设计过程中需要通过热计算来确定各种热控措施的效果，进
行多方案比较； 为热环境模拟试验提供环境模拟依据； 预示卫星在轨寿命期内的各种温度变化，包括预示偏离设计运
最主要的热环境是空间热环境，而与热控制有关的基本空间环 境有：
1）宇宙真空和深空低温
当气压降至10-3Pa以下时，气体的传导和对流传热便可忽略不计。 因此，航天器与空间环境热交换几乎完全以辐射形式进行。
宇宙空间背景上的辐射能量极小，辐射能量仅约10-5W/m²，它相 当于3K绝对黑体辐射。
空间对航天器来说是黑体：认为航天器的自身辐射全部被宇宙空 间吸收。