航天器发展对热控制技术的需求分析

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1、第19卷第1期2010年1月航天器工程SPACECRAFTENGINEERINGV01．19No．1航天器发展对热控制技术的需求分析范含林(北京空间飞行器总体设计部，北京100094)摘要介绍了航天器总体技术的发展对热控技术的需求，初步分析了目前热控制技术的不足，根据航天器热控制技术的现状和发展，提出了初步的解决方案设想。关键词航天器热控制发展中图分类号：V423文献标志码：A文章编号：1673—874812010)01—0007-05AnalysisonSpacecraftDevelopmentforThermalControlTechnologyFANHanlin(BeijingInst

2、ituteofSpacecraftSystemEngineering，Beijing100094，China)Abstract：Therequirementsofspacecraftsystemdevelopmentforthermalcontroltechnologyarediscussedinthispaper．Meanwhile，difficultiesofthermalcontroltechnologyareanalyzed，andaprimaryschemeispresented．Keywords：spacecraft；thermalcontrol；development1引言航天

3、器热控制技术主要用来保证热控制分系统达到总体所要求的功能和性能，即保证航天器的结构部件、仪器设备在空间环境下处于一个合适的温度范围，使其在各种可能的情况下均能够正常工作，对于载人航天器需包括满足航天员的环境要求。在此基础上，还必须满足总体和相关分系统的约束条件，尽量减少航天器的资源消耗，缩短研制周期，减少研制费用。对于航天器而言，热控制分系统工作正常与否，不仅关系到航天器总体的工作性能好坏，甚至会对飞行任务的成败造成重大影响。从航天技术的发展情况来看，适用于空间应用的各种新型有效载荷将会不断出现，如激光通信、量子通信、新型遥感装置等。与之相适应，未来的航天器一方面向大型、高姿态稳定度、大轨道

4、机动能力、长寿命和高可靠的方向发展，这样，可提高有效载荷的性能和能力，使地面应用设备小型化、普及化，从而可大大降低成本；另一方面，卫星平台向小型化和微型化方向发展，通过微机电、微电子技术的应用，将出现微卫星、纳卫星和皮卫星，在此基础上可利用多颗微小卫星来实现大型卫星的功能，降低成本，增强生存能力。载人航天器将会更加安全、可靠，实现载人登月。深空探测器将会寻访更多行星和小行星[1]。未来航天器的总体和相关分系统对热控制技术提出了新的要求，有一系列需要迫切解决的问题。2总体需求分析2．1整体热量的排散问题大型航天器功率的增加导致整体的散热问题，由于传统的光伏电池将进一步提高转换效率，目前的三结砷

5、化镓电池的转换效率已经接近30％，同时收稿日期：2009—10—22；修回日期：2009一ll一18基金项目：国家重大科技专项工程作者简介：范舍林(1961一)，男，研究员。博士生导师。1983年于中国科技大学工程热物理专业获得学士学位，1986年获得中国空间技术研究院工学硕士学位，现任中国空间技术研究院总体部技术委员会主任，从事航天器热控制技术和总体技术研究。8航天器工程19卷采用在轨多次展开以增加面积、以及采用聚光电池阵等方式，还可以进一步提高太阳电池阵的输出功率。如欧洲下一代通信卫星的阿尔法(AlphaBus)巨型平台，其平台总功率高达25kW，能安装250台通信转发器，可为有效载荷提

6、供12kW～16kW。“国际空间站”总功率也达到了110kW，热控分系统辐射器的散热能力要求达到150kW。在这种情况下，依靠传统的航天器结构板辐射器已经不能满足热量排散的需求。受到目前我国采用的热辐射器形式，主要是结构板式辐射器的限制，卫星整体散热能力不足的矛盾将更加突出。如根据我国现有功率最大的东方红四号卫星平台构型，采用结构板辐射器，南／北板不扩展时，通信舱南／北板单面散热能力仅为1500W，南／北板扩展后单面最大散热能力为2000W。若有效载荷功率进一步加大、热耗超过以上数值，整星的散热能力将无法满足要求。根据地球静止轨道卫星运行姿态特点，只能选卫星南／：It面作散热面。在卫星横向尺

7、寸受火箭整流罩限制不能增加的情况下，一种可能是卫星向对地(+Z)方向增高，但据粗略计算，假定南／：It面宽度为2．36m，在整星功率8kW时，卫星高3m还够用，到10kw时，高度就将达到4．0m，显然卫星高度不可能随整星功率增大而任意增高。对于载人航天器，由于采用单相流体回路体装式辐射器，以及受到辐射器的安装，流体温度的设定需要兼顾密封舱湿度控制等方面的限制，需要较大的辐射器面积，若散热需求进一步提高，其重量