典型航天器的热控PPT课件.ppt
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1、典型航天器的热控方案综述1.三个典型航天器n n嫦娥一号卫星n n神舟载人飞船n n“阿波罗”登月飞行器2.嫦娥一号n n运行期间轨道环境及外热流特点n n热控方案n n被动热控措施被动热控措施n nOSROSR散热面及多层布局散热面及多层布局n n热管的应用热管的应用n n相变材料热管的结构相变材料热管的结构n n热管的应用实例热管的应用实例n n主动热控特点主动热控特点3.运行轨道n n嫦娥一号卫星的主体结构继承了东方红三号卫星的嫦娥一号卫星的主体结构继承了东方红三号卫星的结构结构,即中心承力筒加蜂窝板的板式结构即中心承力筒加蜂窝板的板式结构,太阳翼采用太阳翼采用单自由度对称双翼布局。单自
2、由度对称双翼布局。n n北京时间北京时间20072007年年1010月月2424日日1818时时0505分(分(UTCUTC+8+8时)时)左右,嫦娥一号探测器从左右,嫦娥一号探测器从西昌卫星发射中心西昌卫星发射中心由由长征长征三号甲运载火箭三号甲运载火箭成功发射成功发射.n n卫星由长征三号甲运载火箭送入近地点卫星由长征三号甲运载火箭送入近地点200km,200km,远地远地点点51 000km51 000km、倾角、倾角3131、周期为、周期为16h16h的超地球同步轨的超地球同步轨道道,之后卫星经历调相轨道、地之后卫星经历调相轨道、地-月转移轨道月转移轨道,最后进最后进入轨道高度为入轨道
3、高度为200km200km的圆形极月使命轨道。途中卫的圆形极月使命轨道。途中卫星经过星经过1 1次远地点加速、次远地点加速、3 3次近地点加速、次近地点加速、1 1次中途修次中途修正、正、3 3次近月点制动共计次近月点制动共计8 8次轨控。次轨控。4.运行期间轨道环境及外热流特点卫星在一年的寿命期间内,角(太阳矢量与轨道面的夹角)在0360范围内变化,为保证太阳翼发电,卫星采用了正飞和侧飞两种飞行姿态。当角在045、135225及315360范围内时卫星采用正飞姿态运行;当角在其他范围内时,卫星采用侧飞姿态。另外,由于太阳、地球及月球的相对运动,在2008年2月21日及2008年8月21日,将
4、出现月食现象。由于在月食期间,卫星没有了外热流,同时星上设备依靠蓄电池组供电,电源使用受到限制5.OSR散热面及多层布局+z面 月球红外辐射外热流变化大,无外热流稳定散热面-z面仅受太阳辐照+y面,-y面,+x面,-x面月球红外辐射太阳辐照MLI覆盖OSROSR6.热管的使用 n n嫦娥一号卫星热控系统中共使用了n n32根热管=9根外贴热管+23根预埋热管。n n热管布局时,通过预埋或外贴等方式,利用热管实现舱板的等温化设计;而且根据卫星外热流的特点及星上设备温度控制需求,利用槽道热管实现了下舱+Y、-Y舱板间的热耦合,扩展了热管网络的应用范围7.相变材料热管 n n在中间圆形腔体内充在中间
5、圆形腔体内充装液氨装液氨,作为常规热管作为常规热管使用使用n n两边两个腔体内充装两边两个腔体内充装相变材料相变材料,腔体中的肋腔体中的肋片起到增强热管与相片起到增强热管与相变材料热耦合的作用。变材料热耦合的作用。8.+X面舱板等温化n n应用:应用:n n需要采用需要采用增大热容增大热容设计方法设计方法,使被控对象温度波动使被控对象温度波动过大的现象得到纠正。过大的现象得到纠正。例如:例如:+X+X板散热面在外热流的作用下板散热面在外热流的作用下,温度有很温度有很大的波动大的波动(孤立散热面的温度波动孤立散热面的温度波动2020至至-20-20),),造造成被控区域温度波动幅度较大成被控区域
6、温度波动幅度较大,高温时温度过高高温时温度过高,低温时需要电功率补偿低温时需要电功率补偿。为了规避月球红外热流。为了规避月球红外热流的影响的影响,安装在对月板处的载荷设备的散热面设在安装在对月板处的载荷设备的散热面设在+X+X板上板上,利用热管将利用热管将X X板的散热面和散热设备热耦板的散热面和散热设备热耦合合进行设备的温度控制。进行设备的温度控制。9.+Y板、-Y板间热耦合n n采取轴向槽道热管两采取轴向槽道热管两相对舱板间的热耦合相对舱板间的热耦合技术技术,为首次在此类卫为首次在此类卫星上使用星上使用,+Y,+Y板、板、-Y-Y板板间热耦合间热耦合保证蓄电池保证蓄电池组间的温差要求组间的
7、温差要求,同时同时也也降低了光照侧蓄电降低了光照侧蓄电池组的温度池组的温度,减少蓄电减少蓄电池组散热面面积池组散热面面积,为蓄为蓄电池度过月食提供了电池度过月食提供了基本保证基本保证10.主动热控 n n充分利用星上的数据管理设备、遥测遥控设备充分利用星上的数据管理设备、遥测遥控设备,加上热控系统加上热控系统研制的执行部件研制的执行部件加热控制器加热控制器,形成智能主动控温系统的形成智能主动控温系统的物理结构物理结构n n特点:特点:n n1)1)对加热回路状态的对加热回路状态的批处理批处理集中设置集中设置,以适应卫星在正常飞行、变轨以适应卫星在正常飞行、变轨阶段、以及月食阶段星上能源供给的限
8、制阶段、以及月食阶段星上能源供给的限制,实现可控地利用星上的能实现可控地利用星上的能源源n n2)2)实现了实现了多个热敏电阻的联合控温多个热敏电阻的联合控温,提供了被控对象的温度均匀性和提供了被控对象的温度均匀性和控温系统的可靠性控温系统的可靠性;n n3)3)在在蓄电池组温度控制蓄电池组温度控制上实现了上实现了跟踪控温功能跟踪控温功能,为保证蓄电池组间的为保证蓄电池组间的温差要求提供了保证温差要求提供了保证;n n4)4)能够能够对加热回路的状态设置对加热回路的状态设置,如如:加热回路开关状态、控温热敏电阻加热回路开关状态、控温热敏电阻使用、控温阈值、热敏电阻数据有效范围等使用、控温阈值、
9、热敏电阻数据有效范围等参数通过遥控进行修改参数通过遥控进行修改,在轨管理能力及故障应急能力在轨管理能力及故障应急能力显著增强显著增强11.神舟载人飞船n n载人飞船对比一般卫星的特点n n神舟五号飞船简介n n热控方案n n轨道舱轨道舱n n返回舱返回舱n n推进舱推进舱n n流体回路系统流体回路系统n n总结12.神舟五号飞船简介n n神舟五号载人飞船是“神舟”号系列飞船之一,是中国首次发射的载人航天飞行器,于2003年10月15日将航天员杨利伟送入太空。这次的成功发射标志着中国成为继前苏联(现由俄罗斯承继)和美国之后,第三个有能力独自将人送上太空的国家。13.飞船结构组成n n轨道舱轨道舱
10、n n作为航天员的工作和生活舱,以及用于出舱时的作为航天员的工作和生活舱,以及用于出舱时的气闸舱气闸舱。配有泄复压控制、配有泄复压控制、舱外航天服舱外航天服支持等功能。内部有航天支持等功能。内部有航天员生活设施。轨道舱顶部装配有一颗伴飞小卫星和员生活设施。轨道舱顶部装配有一颗伴飞小卫星和5 5个复个复压气瓶。无留轨功能。压气瓶。无留轨功能。n n返回舱返回舱n n形状似碗,用于航天员返回地球的舱段,与轨道舱相连。形状似碗,用于航天员返回地球的舱段,与轨道舱相连。装有用以降落降落伞和反推力火箭,实行软着陆。装有用以降落降落伞和反推力火箭,实行软着陆。n n推进舱推进舱n n装有推进系统,以及一部
11、分的电源、环境控制和通讯系装有推进系统,以及一部分的电源、环境控制和通讯系统,装有一对统,装有一对太阳能电池板太阳能电池板。14.载人飞船对比一般卫星的特点 n n热控特点:n n飞船和载荷发热功率大,内部热负荷变化大,飞船和载荷发热功率大,内部热负荷变化大,控温精度要求高控温精度要求高n n密封舱内采用了风冷系统和流体回路系统密封舱内采用了风冷系统和流体回路系统n n对可靠性与安全性要求更高对可靠性与安全性要求更高n n热设计和热试验要适应不同飞行阶段和不同批热设计和热试验要适应不同飞行阶段和不同批次工作模式(次工作模式(自主飞行期间保温和留轨利用期间散热自主飞行期间保温和留轨利用期间散热)
12、n n航天员呼吸和皮肤排湿,要进行湿度测量和控航天员呼吸和皮肤排湿,要进行湿度测量和控制制15.热控总体方案热控被动热控(基础)主动热控(重点)MLI涂层热管流体回路气体通风风冷回路电动百叶窗电加热控温仪16.轨道舱热控 n n在自主飞行期间(轨道舱是密封舱,工作仪器发热量不大轨道舱是密封舱,工作仪器发热量不大)需减少漏热;留轨期间(轨道舱是非密封舱,仪器发热量大轨道舱是非密封舱,仪器发热量大),要加强散热n n被动热控措施:n n开散热面(开散热面(内外表面内外表面ZKSZKS白漆白漆)n n舱外表面纵向热管舱外表面纵向热管n n除散热面外,其他舱外表面除散热面外,其他舱外表面MLIMLI,
13、内表面粘贴泡沫塑,内表面粘贴泡沫塑料料n n6 6块仪器安装板(块仪器安装板(非仪器安装处非仪器安装处)双面涂高发射率黑漆)双面涂高发射率黑漆ERB-2BERB-2Bn n舱内电子仪器设备表面进行黑色阳极氧化处理或者喷舱内电子仪器设备表面进行黑色阳极氧化处理或者喷涂高发射率无毒热控层涂高发射率无毒热控层n n设置航天员活动区和仪器区之间的隔热罩设置航天员活动区和仪器区之间的隔热罩17.n n主动热控措施:主动热控措施:n n对推进剂贮箱、镉镍电池、相机窗口、红外地平仪、分对推进剂贮箱、镉镍电池、相机窗口、红外地平仪、分流调节器等采用流调节器等采用主动电加热控和被动热控主动电加热控和被动热控相结
14、合相结合n n隔热罩上布置两路空气加热器隔热罩上布置两路空气加热器n n设置轨道舱热控风机设置轨道舱热控风机n n散热面外设置电动百叶窗(散热面外设置电动百叶窗(叶片外表面贴叶片外表面贴F46F46单面镀铝膜单面镀铝膜),以提),以提高自主飞行期间的舱温和降低留轨期间仪器的工作温度高自主飞行期间的舱温和降低留轨期间仪器的工作温度n n布置了布置了7 7个湿度传感器、一个便携式风速传感器个湿度传感器、一个便携式风速传感器轨道舱热控18.返回舱热控n n返回舱热控要保证返回舱热控要保证:n n航天员活动区域的空气温度在航天员活动区域的空气温度在(待发段、主动段及自主飞行段待发段、主动段及自主飞行段
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