资源描述：
《热沉设计技术》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、20中国空间科学技术2002年6月CHINESESPACESCIENCEANDTECHNOLOGY第3期热沉设计技术邹定忠刘敏刘国青(北京卫星环境工程研究所,北京100029)摘要在大型空间环境模拟器KM6中,热沉是该设备中的重要分系统之一。文章介绍了热沉的材料选择、结构布置、壁板形式、支撑结构及主要设计计算结果等。主题词热沉设计空间环境仿真1引言空间的冷黑环境是航天器在飞行轨道中所经受的最主要的环境之一。它不但影响航天器工作时的热性能,而且决定着航天器某些部件的工作特性。因此,KM6设备中必须有模拟空间冷黑环境的热沉。空间真实的冷黑环境其等效温度为3K,吸收
2、率为1,它能百分之百地吸收航天器所发出的热能。要在地面完全再现这种环境几乎是不可能的,即使能实现其费用也是十分昂贵的。因此国内外从研制卫星开始,就考虑采用环境效应的模拟原理。即在模拟的条件下,使航天器上感受到的效应和航天器在轨道上飞行时感受到的效应相近,其间的误差在设计允许范围之内。经过仔细分析和详细的误差计算,发现只要用温度低于100K的表面包围被试航天器,其内表面涂以特制的黑漆,对太阳光的吸收率As≥0195,半球向发射率EH≥0190,热沉开孔面积小于3%～5%,热沉直径与航天器直径之比大于2～3,其热模拟误差就在1%～2%以内,航天器上的温度误差只有1
3、℃～2℃,在工程设计允许的误差范围内。因此从60年代初开始,国内外都普遍采用液氮壁板内表面涂黑漆来模拟宇宙冷黑环境的方案。国内习惯上将这种模拟宇宙冷黑环境的装置叫做“热沉”。如何保证热沉的温度均匀性和高度的气密性这两个关键的技术指标所采取的技术方案有很大区别。KM6总体对热沉的技术要求如下:1)热沉有效空间大于51015m,高1619m。2)容器内表面尽可能布满热沉,在试验区内无热沉面积少于5%。3)热沉在承受最大热负荷200kW时,液氮系统在保持单相流动的条件下,表面温度低于100K,允许局部小范围不超过110K。4)热沉温度借助于气氮调温系统可在-80℃～
4、+60℃范围内调节。5)热沉内表面涂特制黑漆,对太阳光的吸收率As≥0195,半球向发射率EH≥0190;抽-42气1h后出气率低于110×10Pa·Lö(s·cm)。收稿日期:20012112092002年6月中国空间科学技术216)要求热沉能分区控制温度,主容器上分7节(顶、上、中、下、底、侧门、颈部等),辅容器分4节,平台上分2节。7)除固定热沉外,还应有如下活动热沉:辅容器口设57m活动热沉兼做太阳光遮拦板,主容器设直径10m活动热沉,运动模拟器上设活动热沉,支撑平台上设活动热沉。68)上部热沉内装有20K分布式低温泵,对N2的有效抽速大于115×10
5、Lös。29)设液氮冷却的防污染板,面积约4m。10)底部设有活动地板。-6311)热沉及低温泵总漏率低于1×10Pa·mös。2方案设计211总体结构方案设计热沉的总体结构布置方案(如图1所示)基于如下几点考虑:图1热沉布置图1)在试验区内布满热沉,如图1所示分为13个固定区域,外加2个活动热沉和防污染板共16个区。分区的目的有3个:一是由于各区热沉所受的热负荷不同,为了使各区热沉温度尽量均匀,必须分区调节、控制;二是便于加工制造;三是在不做太阳模拟试验而做红外模拟试验时,为了节省液氮,有可能关掉几部分热沉(不通液氮),只有通过分区才能做到。22中国空间科学
6、技术2002年6月2)热沉离容器壁约750mm左右,具有这个空间的优点是:可在这个空间布置3～4层走廊,便于工作人员对容器壁及热沉背面或辐射屏进行清洗,局部热沉出现问题人可以进去修补,试验引线都可在这个间隙中布置,这样减少了大捆引线产生的热辐射,也使试验导线所经受的低温环境条件有所缓解。3)上、中、下、底部和侧门为立式热沉,采用进液汇总管在下,出液汇总管在上,支管竖直分布的鼠笼形。颈部为卧式热沉,汇总管为水平管,亦为进液在下,出液在上,支管为肋条式分布,用整体环形骨架上装滚轮支撑在容器内的导轨上。辅容器亦为卧式热沉,由于有大开孔,只能采用特殊的结构形式。顶部为
7、平板悬吊式。4)在不做太阳模拟而做红外模拟试验时,用辅容器口的5715m活动热沉挡住来自准直镜和进光孔的室温辐射。该热沉又可做为太阳光遮拦板。212热沉材料的优选方案热沉的工作条件是:低温(-196℃)、高温(+150℃)、高压(采用单相密闭循环供液,内压可达112～116MPa)、高或超高真空。因此要求热沉材料有良好的低温性能,更主要的是材料应具有优良的焊接性能,保证焊缝在长期高低温冷热交变下,仍能保持良好的真空气密性。此外材料本身导热性应比较好,在真空条件下出气率比较低,才能保证热沉在室温和高温工作条件下,抽真空容易。上述几点应是选择热沉材料的主要依据。能
8、在这种低温环境下工作的材料只有铜及其合
