国外载人航天器热控技术发展分析

《国外载人航天器热控技术发展分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第29卷第5期航天器环境工程2012年10月SPACECRAFTENVIRONMENTENGINEERING499国外载人航天器热控技术发展分析卜珺珺，曹军，杨晓林（兰州空间技术物理研究所，兰州730000）摘要：文章对国外载人航天器热控技术的发展进行了调研，介绍了国外典型载人航天器的主动热控系统组成，特别是国际空间站美国实验舱的主动热控系统，并对热控技术的发展进行了评述，旨在为我国空间站建设提供参考。关键词：载人航天器；被动热控；主动热控；气液分离器中图分类号：V476文献标识码：A文章编号：1673-1379(2012)05-0499-05DOI:10.3

2、969/j.issn.1673-1379.2012.05.0050引言[1]用热控涂层、多层隔热材料、热管及相变材料等对航天器进行热控，一般为开环式控制。从传热学热控分系统作为航天器平台的一个组成部分，角度来讲，倾向于对热辐射方式进行控制。热控涂为航天器上各种仪器设备的正常运行提供温度环境层大致分为金属基材型涂层、电化学涂层、涂料型支持和保证。航天科技人员一直致力于热控方法、系统组成、材料及工质等的研究。最初，热控技术涂层、薄膜型涂层、二次表面镜型涂层和织物涂层着眼于航天器与空间热环境隔离，保护航天器不与等。多层隔热材料包括金属镀膜、间隔材料等。被[2-4]空

3、间进行热交换，从而使内部仪器设备处在适宜的动热控是航天器热控制的基础，由于其技术简温度下运行，其保护措施一般是使用隔热材料包覆单、运行可靠及使用寿命长的优点，在各类航天器航天器结构。随着仪器设备的增多、功耗的增大，上均被大量使用。图1为多层隔热材料及热管的典发热量也在增大，设备间的相互热影响也成为热控型结构。的对象，客观上要求单机设备采取热控措施（如表面发黑阳极化处理），对单机设备结构表面的发射率及吸收率提出要求。随着设备功耗的进一步增加，发热量成倍增长，仅靠表面涂层及采取隔热材料蒙皮已无法完全满足航天器的应用需求，因而发展了(a)多层隔热材料加快舱内空气流动

4、、使用循环工质将设备多余热量带走并释放到太空的办法，即主动热控。从开始的单纯被动热控发展到当前被动与主动相结合、以主动热控为主的办法对航天器进行热控。本文对国外载人航天器热控技术的发展进行论述，重点分析国际空间站美国实验舱的主动热控(b)热管系统。图1多层隔热材料及热管的典型结构图Fig.1Typicalstructureofmulti-layeradiabaticmaterialand1航天器热控技术概述heat-pipe1.1被动热控1.2主动热控被动热控是指在航天器结构或设备结构上采主动热控指设计加快舱内空气流动或液体闭————————————收稿日期：

5、2012-02-20；修回日期：2012-10-18作者简介：卜珺珺（1982—），男，硕士学位，主要从事载人航天器环境控制工程及相关专业研究工作。E-mail:bujunjun123@tom.com。500航天器环境工程第29卷环回路等，对舱内仪器设备进行自动热控，使航冷板密封天器仪器设备的温度环境满足要求。通常采用加冷板舱补交流换快设备表面散热或用一定比热的工质从设备及空偿热器器气中吸热，将热量带到舱外散发到太空，回路工加泵热器质一般为液体。主动热控倾向于舱内的热控，侧交流换重针对内热源设计，通过热传导、改变热对流的热器舱补偿器方式进行自动控制。对于配置较

6、大热载荷设备的外冷板冷板泵航天器，仅靠被动热控无法满足需求，必须设计主动热控系统。辐射器主动热控系统分类方式多种多样，从航天器热图3主动热控系统的内、外双回路控部位可分为内部主动热控及外部主动热控，从控Fig.3Internalandexternalloopsofactivethermalcontrol制原理上可分为电加热式、辐射式、导热式和对流system式，从换热方式上可分为气-气热交换、气-液热交2国外载人航天器主动热控的应用换及液-液热交换，从热控过程上可分为热吸收、热传导及热发散3步，从回路工质相态上可分为单主动热控技术于1957年第一次应用在苏联人

7、相及两相回路。造卫星Sputnik-I号上，到今天，已发展了多代，目前，工质循环回路热控方式为主流的主动热在俄罗斯/前苏联及美国的卫星、载人飞船等航天控方式。主动热控回路的基本构成原理见图2[5]。器上均发挥了重要作用。回路循环泵为动力源，驱动工质循环；工质在蒸发2.1美国典型载人航天器主动热控系统器处吸收热量，将热量带到交流换热器进行换热，1）“水星号”（Mercury）探测器。使用冷凝最终通过辐射器将热量散发至太空；释放热量的工热交换器，冷凝热交换器中的水分被活化海绵水分质经冷凝器冷却进入下一次循环。离器移除，通过热交换器上的针阀调节供水速度来控温，使用水

8、蒸发器进行散热。2）“双子星”（Gem