《航天器热控制》PPT课件

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1、航天器热控制ThermalControlofSpacecraft第九章问题：1、航天器热控制的基本概念？2、航天器热控制的主要手段？3、航天器热控制系统的典型部件？9.1概述9.2航天器热设计9.3航天器热控制技术9.4航天器热控系统设计实例9.5航天器热控制技术展望哈勃望远镜的太阳能帆板表面温度情况图左：在地球阴影中时其表面温度为－110℃左右图右：在太阳照射下其表面温度为120℃左右9.1概述1987年2月，美国的GOES7入轨后，其有效载荷控制装置限定的温度立即升至35度，而工作安全温度为15-25度，经抢救而恢复正常9.1概述9.1概述我国航天器热控技

2、术的奠基人：闵桂荣院士请问：热传递有哪几种形式。9.1概述请问：热传递有哪几种形式。9.1概述传导对流辐射传导（傅理叶定律）：单位时间内传导的热量：材料的导热率（W/Km）：材料的横截面积（m2）：材料两端的温度差（K）：热传输距离（m）9.1概述辐射（斯蒂芬-玻尔兹曼定律）：单位时间内辐射的热量：斯蒂芬-玻尔兹曼常数（5.67×10-8W/m2·K4）：辐射系数（0<ε<1）：辐射体的表面积（m2）：黑体的温度（K）9.1概述一、航天器热控制任务和功能控制航天器内外的热交换过程，保证航天器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。9.1概

3、述热总体！二、航天器飞行热环境空间的各种环境条件，真空、低温、微重力、太阳辐射以及地球和其它行星热辐射等，它们是航天器热控系统首先要满足的环境条件，因此对航天器热控制方法与设计起决定作用。9.1概述1.高真空空间处于极高真空状态，这就决定了航天器与外部环境的热交换几乎仅以辐射的方式进行，而在地面上经常存在的气体对流换热可忽略不计。利弊9.1概述高真空会对许多材料、运动机构、元器件产生不良影响：材料蒸发温控涂层表面加速蒸发，器件表面污染干摩擦和冷焊热控制机构运动部件阻尼增大或者卡死热阻加大，温差增大传热面之间仅存在固体点接触9.1概述2.空间低温宇宙空间背景上的

4、辐射能量相当于3K绝对黑体辐射。可以认为航天器的自身辐射全部进入宇宙空间，即空间对航天器是黑体。9.1概述1964年美国贝尔实验室的彭齐亚斯和威尔逊发现宇宙背景辐射现象，美国普林斯顿大学的一个研究小组预言，宇宙空间有着3K左右的背景辐射存在。（2.76K）3.微重力地面上依靠气体自然对流散热的仪器热量排散受阻，温度则很快升高，在地面进行模拟实验时十分困难。对传热器件的有利影响：热管在微重力条件下可以不考虑其几何位置的影响，一些主动温控装置也因重力的减小而比较容易驱动和控制。9.1概述三、航天器热源航天器的热源主要是太阳辐射、地球（月球和各行星）的热辐射及它们对

5、太阳辐射的反射、航天器内部热源等。9.1概述地球反照地球红外辐射太阳辐射航天器向外辐射热能航天器内部热源1.太阳辐射太阳是一个巨大的高温热辐射体，在地球大气层外距太阳为一个天文单位处，辐射密度约为1358W/㎡，一年四季略有变化。太阳辐射光谱对航天器热平衡也会产生较大影响。9.1概述2.地球及其它行星热辐射地球的能量主要来自于太阳辐射，落于全地球的太阳辐射率为1.7×1014KW。这些能量大约2/3被地球及其大气所吸收，它转化为热能以后以长波辐射的方式辐射到空间去，即地球的红外辐射。其余的太阳辐射被地球反射到空间去，称为地球反照。9.1概述一、热设计的任务根据

6、航天器飞行任务的要求及航天器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。9.2航天器热设计二、航天器热控技术的特点航天器的热控技术在原理上与工业生产热控技术相同，但是由于航天器的热控要求及所处的环境条件特殊而具有特殊性。9.2航天器热设计1.满足各种温度要求限制温度变化范围：常温要求恒定部件温度水平：恒温要求匀化部件温度：等温要求控制极限温度：高低温要求9.2航天器热设计9.2航天器热设计星上部分组件/元件温度要求组件/元件非工作状态

7、工作状态温度下限温度上限温度下限温度上限电路板-40+80+15+35处理器-25+75-25+75电子器件接口-55+125-55+125通信组件-30+60-30+60推力器-50+150-50+150推进剂+15+25+15+25调压器-20+70-20+70太阳能电池片-66+66-66+66CD/DC转换器-40+60-40+60充电-20+60-20+60放电+0+40+0+40陀螺/磁强计-40+85-40+859.2航天器热设计Spitzer空间红外望远镜，其望远镜镜片的表面温度必须保持几十K左右。9.2航天器热设计2.适应变化大的热环境地面段

8、：航天器发射前的温度在预定的范围内上升