一种并网式载人航天器控温回路系统设计

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1、第23卷第2期航天器工程V01．23No．21111生!旦墨里垒g兰堡垦垒!!垦堕鱼!堕垦兰垦!堕鱼!!一种并网式载人航天器控温回路系统设计靳健侯永青(中国空间技术研究院载人航天总体部，北京100094)摘要提出了一种单舱辐射器并网和组合体舱间并网相结合的载人航天器控温回路系统，能够实现单舱层次功能备份和舱间层次功能备份。建立了单舱和组合体控温回路系统非稳态仿真分析模型，对正常工作模式和几种不同故障工作模式下各舱回路控温点温度、设备温度、流量分配和航天器热负荷水平进行了分析。结果表明，对于单舱辐射器并网回路，在单条辐射器支路故障情况下，系统总散热能力损失不超过28．5％，

2、单舱外回路完全故障时启动舱间并网回路，故障舱段可维持的热负荷水平占标准工作模式热负荷水平的63．5％，表明双层次并网控温回路系统可将设备温度有效控制在指标要求范围内，并能显著提高载人航天器所能承受的热负荷水平，提高系统的可靠性。关键词载人航天器；热负荷；控温回路；并网回路中图分类号：V476文献标志码：ADOI：10．3969／j．issn．1673—8748．2014．02．012DesignofMannedSpacecraftThermalControlLoopSystemwithCoupledStructureJINJianHOUYongqing(Institute

3、ofMannedSpaceSystemEngineering，ChinaAcademyofSpaceTechnology，Beijing100094，China)Abstract：Athermalcontrolloopwithcoupledradiatorloopsandinter—cabinloopsformannedspacecraftisproposed，whichcanobtaintheadvantageofintra—cabinbackupandinter—cabinback—up．Anunsteadysimulationmodelofthethermalcon

4、trolloopisdeveloped．Basedonthismodel，characteristicsofthecoupledthermalcontrolloopundervariousworkingpatternsareanalyzed，includingthetemperatureofcontrollingpointsandequipment，fluxdistribution，heatloadlevelofcabin．Accordingtotheresults，heatdissipationlossislessthan28．5％whenoneradiatorloop

5、fails．Whentheradiatorloopstotallyfail，themaintainableheatloadcanreach63．5％ofthatinthestandardmodebyusingtheinter—cabincoupledloops．Theresultsshowthatcoupledstructurecanimprovethereliabilityofthermalcontrolloopdramaticallyandincreasetheheatloadlevelofcabinwhenfailureshappentoloop．Keywords：

6、mannedspacecraft；heatload；thermalcontrolloop；coupledloop1引言载人航天器热负荷水平较高，且航天员活动区的空气、温度水平控制范围与设备区不同‘1‘⋯，因此，国内外载人航天器均采用内、外双回路系统作为主要热量传输系统。外回路安装在密封舱外，存在因微流星、空间碎片撞击发生工质泄漏的风险，严重时收稿日期：201305—08；修回日期：2013—06—06基金项目：国家重大科技专项工程作者简介：靳健，男，博士，工程师，从事空间站热管理系统设计工作。Email：jinjian0331@126．corn。航天器工程会造成系统失效，

7、且难以开展在轨维修，因此必须采取高可靠性设计。和平号空间站采用双内回路和双外回路完全备份设计；“国际空间站”也装有双外回路系统，两条回路的配置一致，互为备份，此外，它的中温内回路和低温内回路还采用了耦合设计[4。⋯。双外回路系统虽然提高了可靠性，但会造成系统质量大幅度提高，也存在因共因失效造成两条回路同时出现故障的风险。本文针对某两舱段载人航天器，设计了一种结构简单的单舱和舱间双层次并网控温回路系统，可有效提高故障情况下回路系统可收集处理的热负荷水平，从而提高各舱回路系统的可靠性。针对上述设计，本文建立了主动控温回路系统的仿真