基于月面载荷模型的主动热控分析

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随着航天空间的不断拓展,越来越多的载荷搭载于航天器被送往深远的空间,在特殊复杂的空间环境下(空间外热流、微重力、高低温等),为了保证载荷可靠完成预定任务,满足与热相关的参数需求,实际工程中多采用“被动控制为主,主动控制为辅”的联合热控系统,合理组织载荷内外热交换工作。目前国内外关于主动热控的研究,多是针对载荷的热控系统设计方案进行应用研究或采用地面热模拟实验进行验证分析,而缺少对载荷主动热控系统运行策略研究。论文以嫦娥四号“生物科普试验载荷”初样模型——月面载荷模型为研究对象,采用理论分析、数值模拟计算与实验研究相结合的方法,开展主动热控必要性、方案设计及主动热控策略研究。论文旨在提出适宜的逐时冷、热负荷变化曲线求解方法,用于指导主动热控系统的设计与运行策略,实现主动热控系统的优化设计与节能运行。为了实现处于冯·卡门撞击坑(177.6°E,45.5°S)月面载荷模型在一个月球日运行周期内的温度控制目标(20~30℃),根据“被动控制为主、主动控制为辅”的热控设计原则,开展了主动热控系统的必要性分析。针对月面载荷模型在极端热、冷工况,即在一个月球日运行周期内月面载荷模型获取外热流最大、最小时刻,模拟计算了满足载荷内部温度控制目标的峰值冷、热负荷,并提出了月面载荷模型的主动热控设计方案。基于该主动热控设计方案,当冷热源分别安装在月面载荷模型的不同壁面时,对比分析了一个月球日运行周期内主动热控系统能耗与载荷内部温度均匀度,并提出了主动热控系统的优化运行策略。论文研究结果表明:处于月面冯·卡门撞击坑处的月面载荷模型,仅采用常规被动热控措施无法满足温控目标,需辅以主动热控措施。当冷热源安装在月面载荷模型顶部壁面时,一个月球日周期内主动热控系统总能耗最小,且载荷内部温度均匀性较好,建议冷热源安装于载荷模型顶部壁面。
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