航天器热控技术

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；
返回段：卫星脱离运行轨道再进入大气层返回地
面的飞行过程。此时，卫星以极高的速度再入大 气层，巨大的动能在大气层阻尼作用下转变成为 大气的热能，气体温度猛烈上升到摄氏数千度以 上，给卫星以强烈的气动加热。 面对这样恶劣的环境条件，要保证卫星能正常工 作就必须进行合理热设计，并研制有效和可靠的 热控制系统，否则必将影响正常飞行计划，甚至 导致飞行失败。
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。
迄今，世界各国已向空间发射了5000余颗各种不 同类型的航天器，在几十年的实践中
人们逐渐深刻认识到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。 5.航天器为什么要进行热控制？ 举例说明： 一个在地球同步轨道运行的薄壳球形卫星，如果 这球体表面不加任何热控涂层，就是加工后的铝
上升段：卫星在运载火箭的运送下，离开地面
后进入轨道飞行的阶段（此阶段由于卫星速度从 零逐渐增大，穿过稠密的大气层后达到7.9公里/ 秒的第一宇宙速度，因此卫星表面受到强烈长期运行的阶段， 这也是执行任务的主要阶段，此时，卫星要长期 经受太阳、行星和空间低温热沉的交替加热和冷 却，引起高低温的剧烈变化，变化幅度可达 0 200 C； 到
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
8.航天器热控制方法 （1）控制方式
卫星的热控制分为被动式和主动式。 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。
航天器热控 技术概论
1. 航天器：
在地球大气层以外的宇宙空间，执行探索、开发 或利用太空等特定任务的飞行器。
2. 人造卫星：
环绕地球运行（至少一圈）的无人航天器。 关于人造卫星，潘老师的观点： 第一，卫星是一个肩负着国家使命的载体，一代代 的航天热在“自力更生，奋发图强”精神的鼓舞下， 承担着强国富民的光荣而艰巨的任务； 第二，卫星是一个复杂的系统工程，需要“大力协 同、无私奉献”的航天精神，才能圆满完成任务； 第三，卫星是集光、机、电、热于一身的矛盾统一 体。
4. 航天器热控制是一门新兴学科
自从1957年人类第一次把人造卫星送入绕地球 运行轨道以来，航天技术已经得到了迅速发展，从 五、六十年代的早期试验到七十年代的载人飞行， 八、九十年代的逐步成熟，至今迈进21世纪的蓬 勃发展。我国自1970年4月成功地发射了自己研 制的第一颗“东方红”卫星以来，到目前为止，已 经成功发射了100多颗人造卫星，并且已从试验阶 段跨入各种实际应用阶段。
抛光表面，卫星内没有内热源，分析指出，当卫 星对太阳定向时，则向阳面得最高温度达250 ， 0 0 C C 而背阳面的温度将会低到 -200 ，而卫星内部的 设备温度的不均匀性及其波动虽然小一些，但分 析表明，如能达到 ， 50 ~ 1000 C 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。
由热平衡方程确定卫星的温度水平，这个温度水平 的高低与各种热能的大小，卫星材料及其表面的热 物理性能（包括表面对太阳的吸收率、热辐射率、 材料的比热和密度等）有关。
（2）原理分析
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
7.热控制基本原理 （1）能量守恒原理
地球及其大气在行星际空间围绕太阳运转，在 研究地球及其大气在行星际空间的能量平衡时，通 常把地球及其大气作为一个整体来考虑，把地球及 其大气作为一个统一的系统，即地球-大气系统。 地球-大气系统的能量基本来源于太阳，其主要 传输方式为辐射。太阳辐射进入地球-大气系统后， 部分被反射，部分被吸收，被反射的能量简称为地 球反照，被地球大气系统吸收的太阳辐射能，转化 为热能后又以长波辐射的方式辐射到空间去，这部 分能量称为地球热辐射或红外辐射。 能量守恒：卫星表面从外部空间环境中获得的 热量，加上卫星内部仪器设备产生的热量，等于卫 星向外部空间排散的热量及其内能的变化。
6.热控制功能
卫星从地上腾空而起，潜入太空遨游，需要经历 各种各样的严峻考验：宇宙真空、低温深冷、粒 子辐射等。
一个卫星的飞行过程要经历四个阶段：地面段、 上升段、轨道段和返回段。这四个阶段的热环境 是极其恶劣的，其温度变化非常剧烈，从摄氏零 下二百多度变至数千度以上。 地面段：卫星处于发射场塔架上的环境条件下 的工作状态，他的工作状态与发射场的地理气象 条件密切相关，不同地区冬夏和昼夜的变化很大----配备地面调温系统；
3. 航天器热控制的概念
卫星热控制根据飞行的具体条件，合理地控制卫星 内、外的热交换过程，采取各种热控措施，使星上 的仪器设备工作在规定的温度范围内，以保证整个 飞行任务的完成。 卫星热控制是星上的一个很重要的分系统，和结构、 姿轨控、电源、测控等分系统一样，也是一个服务 系统，因此，它首先要服从飞行任务的需要，满足 总体对热控提出的技术要求。 航天器热控方法与地面热控有何区别？与其它工业具 有互相借鉴的意义。