航天器热控分系统
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7. 1. 3 常用的热控技术
大功率热量排散技术 精密控温技术 CPL和LHP技术 纳米流体传热工质 高热导率材料与高热流
密度设备的热控 MEMS百叶窗热控技术
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7.2 航天器热控分系统的设计
热设计任务
航天器热设计的任务就是根据航天器飞行任务的要求及其工作期间所要 经受的内、外热负荷的状况，采取各种热控制措施来组织航天器内、外 的热交换过程，保证航天器在整个运行期间所有的一起设备、生物和结 构件的温度水平都保持在规定的范围内
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7. 1 航天器的热控技术
航天器热控以传热学和工程力学为基础，综合多学科技术实现 • 被动式是指没有活动部件的或者可调解能力的热控方式 • 半被动式是指采用由热敏器件驱动的简单的控制装置来打开或关闭导 热通道，使热量散出，如百叶窗 • 主动式是指电加热器、机械循环泵和冷冻机等自动控制系统实现温度 控制
热管是利用管内工质的相变和循环流动而工作的器件，可传递很大的热 流
相变热控材料在相变过程中将吸收或
释放出相变潜热，使被控对象基本保
持不变
相变蜡
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7. 1. 2 主动热控技术
主动热控是在变化的内、外热环境下，利用某种自动控制系统，根据被 控对象的温度反馈，调节相关传热参数，以实现仪器设备的温度控制 • 辐射式、传导式、对流式、电加热 • 辐射式通过机构来实现仪器表面发射率的变化，如百叶窗和旋转盘 • 传导式通过控制热传导途径上的热阻来实现控温 • 对流式利用流体对流换热的方式对卫星内部整体或局部实施热控； 缺点为真空密封处理和系统复杂，优点为换热能力强 • 电加热通过安装加热丝（片）在被加热部件上，通过遥控或自动控 制加热；它的结构简单，使用方便，控制精度较高
7. 热控分系统星红外相机要求在极低温度下工作（低于120 K ） • 高分辨率相机对工作温度范围要求极高（有的要求控制在-0.5～2 ° 内） • 通信卫星行波管需要散热 • 载人飞船需要满足宇航员生存条件 • 其它和热控分系统设计有关的要求还有：轨道高度、太阳角、卫星结构 材料、仪器设备的发热量、天线及太阳翼的遮挡等。
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7.2 航天器热控分系统的设计
热分析计算提供给热控设计一种定量参考手段 • 热计算为热设计提供依据 • 热设计过程需要热计算确定各种热控措施的效果 • 为热环境模拟实验提供依据 • 预测航天器在轨寿命期间的热变化
航天器热分析过程 • 数学建模与模型修正 • 预测热变化 • 热分析评价
航天器热分析软件 加拿大TMG，美国SINDA/G， ESATAN， NASA NEVADA等
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7.1 热控分系统
被动热控技术 • 主要依靠航天器的总体布局，正确组织航天器内外热交换，确保仪器 设备的温度不超出允许的范围
• 被动热控技术是一种开环控制，在控制过程中被控对象温度无反馈作 用，一旦状态确定后，基本上没有调节的余地
被动热控手段 • 合理的布局 • 热控涂层 • 多层隔热组件 • 热管 • 相变材料
典型的温度范围要求 • 常温要求，如遥感相机 • 恒温要求，高精度光学系统 • 高低温要求，红外探测仪器要求低温，制冷系统要求较高温度 • 等温要求 • 考虑航天器经历全过程温度控制
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7.2 航天器热控分系统的设计
热设计基本依据 • 航天器的任务和特点
• 分配给热控系统的质量指标
• 航天器的轨道参数 • 航天器的空间环境条件 • 航天器的设计寿命和可靠性指标
• 分配给热控系统的功耗指标 • 航天器在发射架上的环境条件
• 航天器的机构外形和材料特性
• 航天器的总体布局
• 航天器的飞行程序和姿态状况
• 航天器上各种仪器、部件的外形尺寸、质量、热容量、耗散热功率、 工作模式和温度要求
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7.2 航天器热控分系统的设计
设计工况指进行热设计所依据的一个或者几个特定的热工况 航天器设计无法一开始同时考虑所有工况
• 航天器在轨道上运动 • 航天器姿态的不断变化 • 航天器内部热源的发热状况在不断变化 • 航天器发射时间和如果时刻的不确定性
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7.2 航天器热控分系统的设计
热控措施的选取原则： • 先考虑使用被动热控，再考虑主动热控 • 首先考虑壳体、外表面热控，再考虑内部热控 • 对于技术复杂、温度控制要求高、热环境变化大的航天器，以主 动热控为主 • 合理组织航天器内部热交换过程 • 与其它分系统联合设计 • 综合考虑，多方案比对，择优实施
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7.3航天器热控分系统实验
整星热平衡试验
• 热模型星热平衡实验，目的是获取有效的工程设计数据，校核数 学模型、验证热控方案 • 正样星热平衡鉴定实验，采用真实仪器和部件 • 发射星热平衡验收实验
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7. 1. 1 被动热控技术
隔热材料
隔热材料，是指能阻滞热流传递的材料，具有轻质、多孔、疏松等特点， 并且有较小的热导率和一定的耐热能力 • 多孔纤维质隔热材料 • 多孔颗粒类隔热材料 • 发泡类隔热材料 • 新型纳米孔超级隔热材料-气凝胶
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7. 1. 1 被动热控技术
热管和相变热控材料
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7.3 航天器热控分系统实验
部件热试验
• 对某些关键仪器、部件的热环境条件和热控措施进行模拟，通过 实验来验证热设计是否正确 • 对某些仪器和部件的热设计，通过专门试验获取数据 • 由于实验设备或者经费等限制，利用部件热试验代替整星热试验 • 利用整个航天器缩比热模型化实验作为热设计的手段之一
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7. 1. 1 被动热控技术
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 原理：改变航天器表面的太阳辐射吸收率和发射率
• 直接调整未经涂覆的金属基材型热控表面属性：抛光、喷砂 • 电化学涂层：阳极氧化涂层、电镀涂层
• 涂料型涂层 • 真空沉积型热控涂层：真空蒸发-沉积金属性热控涂层、第二表面镜型 热控涂层 • 随着技术发展，产生其他涂层
7. 1. 3 常用的热控技术
大功率热量排散技术 精密控温技术 CPL和LHP技术 纳米流体传热工质 高热导率材料与高热流
密度设备的热控 MEMS百叶窗热控技术
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7.2 航天器热控分系统的设计
热设计任务
航天器热设计的任务就是根据航天器飞行任务的要求及其工作期间所要 经受的内、外热负荷的状况，采取各种热控制措施来组织航天器内、外 的热交换过程，保证航天器在整个运行期间所有的一起设备、生物和结 构件的温度水平都保持在规定的范围内
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7. 1 航天器的热控技术
航天器热控以传热学和工程力学为基础，综合多学科技术实现 • 被动式是指没有活动部件的或者可调解能力的热控方式 • 半被动式是指采用由热敏器件驱动的简单的控制装置来打开或关闭导 热通道，使热量散出，如百叶窗 • 主动式是指电加热器、机械循环泵和冷冻机等自动控制系统实现温度 控制
热管是利用管内工质的相变和循环流动而工作的器件，可传递很大的热 流
相变热控材料在相变过程中将吸收或
释放出相变潜热，使被控对象基本保
持不变
相变蜡
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7. 1. 2 主动热控技术
主动热控是在变化的内、外热环境下，利用某种自动控制系统，根据被 控对象的温度反馈，调节相关传热参数，以实现仪器设备的温度控制 • 辐射式、传导式、对流式、电加热 • 辐射式通过机构来实现仪器表面发射率的变化，如百叶窗和旋转盘 • 传导式通过控制热传导途径上的热阻来实现控温 • 对流式利用流体对流换热的方式对卫星内部整体或局部实施热控； 缺点为真空密封处理和系统复杂，优点为换热能力强 • 电加热通过安装加热丝（片）在被加热部件上，通过遥控或自动控 制加热；它的结构简单，使用方便，控制精度较高
7. 热控分系统星红外相机要求在极低温度下工作（低于120 K ） • 高分辨率相机对工作温度范围要求极高（有的要求控制在-0.5～2 ° 内） • 通信卫星行波管需要散热 • 载人飞船需要满足宇航员生存条件 • 其它和热控分系统设计有关的要求还有：轨道高度、太阳角、卫星结构 材料、仪器设备的发热量、天线及太阳翼的遮挡等。
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7.2 航天器热控分系统的设计
热分析计算提供给热控设计一种定量参考手段 • 热计算为热设计提供依据 • 热设计过程需要热计算确定各种热控措施的效果 • 为热环境模拟实验提供依据 • 预测航天器在轨寿命期间的热变化
航天器热分析过程 • 数学建模与模型修正 • 预测热变化 • 热分析评价
航天器热分析软件 加拿大TMG，美国SINDA/G， ESATAN， NASA NEVADA等
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7.1 热控分系统
被动热控技术 • 主要依靠航天器的总体布局，正确组织航天器内外热交换，确保仪器 设备的温度不超出允许的范围
• 被动热控技术是一种开环控制，在控制过程中被控对象温度无反馈作 用，一旦状态确定后，基本上没有调节的余地
被动热控手段 • 合理的布局 • 热控涂层 • 多层隔热组件 • 热管 • 相变材料
典型的温度范围要求 • 常温要求，如遥感相机 • 恒温要求，高精度光学系统 • 高低温要求，红外探测仪器要求低温，制冷系统要求较高温度 • 等温要求 • 考虑航天器经历全过程温度控制
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7.2 航天器热控分系统的设计
热设计基本依据 • 航天器的任务和特点
• 分配给热控系统的质量指标
• 航天器的轨道参数 • 航天器的空间环境条件 • 航天器的设计寿命和可靠性指标
• 分配给热控系统的功耗指标 • 航天器在发射架上的环境条件
• 航天器的机构外形和材料特性
• 航天器的总体布局
• 航天器的飞行程序和姿态状况
• 航天器上各种仪器、部件的外形尺寸、质量、热容量、耗散热功率、 工作模式和温度要求
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7.2 航天器热控分系统的设计
设计工况指进行热设计所依据的一个或者几个特定的热工况 航天器设计无法一开始同时考虑所有工况
• 航天器在轨道上运动 • 航天器姿态的不断变化 • 航天器内部热源的发热状况在不断变化 • 航天器发射时间和如果时刻的不确定性
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7.2 航天器热控分系统的设计
热控措施的选取原则： • 先考虑使用被动热控，再考虑主动热控 • 首先考虑壳体、外表面热控，再考虑内部热控 • 对于技术复杂、温度控制要求高、热环境变化大的航天器，以主 动热控为主 • 合理组织航天器内部热交换过程 • 与其它分系统联合设计 • 综合考虑，多方案比对，择优实施
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7.3航天器热控分系统实验
整星热平衡试验
• 热模型星热平衡实验，目的是获取有效的工程设计数据，校核数 学模型、验证热控方案 • 正样星热平衡鉴定实验，采用真实仪器和部件 • 发射星热平衡验收实验
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7. 1. 1 被动热控技术
隔热材料
隔热材料，是指能阻滞热流传递的材料，具有轻质、多孔、疏松等特点， 并且有较小的热导率和一定的耐热能力 • 多孔纤维质隔热材料 • 多孔颗粒类隔热材料 • 发泡类隔热材料 • 新型纳米孔超级隔热材料-气凝胶
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7. 1. 1 被动热控技术
热管和相变热控材料
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7.3 航天器热控分系统实验
部件热试验
• 对某些关键仪器、部件的热环境条件和热控措施进行模拟，通过 实验来验证热设计是否正确 • 对某些仪器和部件的热设计，通过专门试验获取数据 • 由于实验设备或者经费等限制，利用部件热试验代替整星热试验 • 利用整个航天器缩比热模型化实验作为热设计的手段之一
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7. 1. 1 被动热控技术
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 原理：改变航天器表面的太阳辐射吸收率和发射率
• 直接调整未经涂覆的金属基材型热控表面属性：抛光、喷砂 • 电化学涂层：阳极氧化涂层、电镀涂层
• 涂料型涂层 • 真空沉积型热控涂层：真空蒸发-沉积金属性热控涂层、第二表面镜型 热控涂层 • 随着技术发展，产生其他涂层