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空间平台与分离式载荷一体化热控设计

吴自帅 张赪栋 雷智博 翟载腾 姚建

吴自帅, 张赪栋, 雷智博, 翟载腾, 姚建. 空间平台与分离式载荷一体化热控设计[J]. 空间科学学报, 2024, 44(2): 379-385. doi: 10.11728/cjss2024.02.2023-0041
引用本文: 吴自帅, 张赪栋, 雷智博, 翟载腾, 姚建. 空间平台与分离式载荷一体化热控设计[J]. 空间科学学报, 2024, 44(2): 379-385. doi: 10.11728/cjss2024.02.2023-0041
WU Zishuai, ZHANG Chengdong, LEI Zhibo, ZHAI Zaiteng, YAO Jian. Integrated Thermal Control System for Space Platform and Fractionated Payload (in Chinese). Chinese Journal of Space Science, 2024, 44(2): 379-385 doi: 10.11728/cjss2024.02.2023-0041
Citation: WU Zishuai, ZHANG Chengdong, LEI Zhibo, ZHAI Zaiteng, YAO Jian. Integrated Thermal Control System for Space Platform and Fractionated Payload (in Chinese). Chinese Journal of Space Science, 2024, 44(2): 379-385 doi: 10.11728/cjss2024.02.2023-0041

空间平台与分离式载荷一体化热控设计

doi: 10.11728/cjss2024.02.2023-0041 cstr: 32142.14.cjss2024.02.2023-0041
详细信息
    作者简介:
    • 吴自帅:男, 1985年5月出生于河南省濮阳市. 现为上海卫星工程研究所热控设计师、高工, 主要研究方向为空间飞行器热控设计和工程研制. E-mail: gentalman.good@163.com
  • 中图分类号: V1

Integrated Thermal Control System for Space Platform and Fractionated Payload

  • 摘要: 随着航天探索需求发展, 对组合式航天器通过空间平台在轨完成释放,分离出有效载荷或舱段来实现更复杂功能的需求愈加迫切. 空间平台为分离前舱段或载荷提供服务保障. 在假设的空间平台和分离式载荷条件下, 提出一种空间平台与分离式载荷一体化热控设计, 进行热控方案设计, 并对载荷存储控温、载荷与平台互相影响、分离时平台温度变化进行热仿真, 同时开展初步热真空试验, 验证稳态工况下热设计的正确性, 并校正热模型以开展更多工况的分析. 通过热试验和仿真获得了该设计的温度特性和热量传递特性, 数据分析表明该设计合理有效, 验证了热耦合的载荷和平台进行独立热试验方法的可行性, 可为此类航天器热控制提供依据.

     

  • 图  1  空间平台与分离式载荷

    Figure  1.  Space platform and fractionated payload

    图  2  空间平台与分离式载荷一体化热控设计方案

    Figure  2.  Integrated thermal control design of space platform and fractionated payload

    图  3  热分析模型

    Figure  3.  Thermal mathematic model

    图  4  热真空试验状态

    Figure  4.  Thermal vacuum experimental project

    图  5  存储控温期温度及热量特性

    Figure  5.  Thermal control character during of storage model

    图  6  载荷降温速率及共用舱板温度随可开合舱板打开角度的变化

    Figure  6.  Temperature decent ratio of payload and panel temperature changing with unfold angle of the deployed panel

    表  1  试验结果与仿真结果的对比

    Table  1.   Comparison between experimental results and simulation values

    序号 名称 低温环境/℃ 高温环境/℃
    试验值 仿真值(定温) 试验值 仿真值(定温)
    1 共用舱板1 –2.7~2.8 0 18.8~23.7 22
    2 共用舱板2 –1.3~2.9 0 21.2~29.5 25
    3 可开合舱板 –8.5~11.3 –11.6~8.2 –0.1~18.1 –2.1~17.4
    4 载荷上半部分 –2.0~7.2 0~6.8 5.2~12.1 7.0~11.8
    5 载荷下半部分 –1.7~6.0 –0.8~2.9 13.4~20.1 14.4~20.2
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    表  2  载荷在平台内工作时对平台的影响

    Table  2.   Effects of payload working to the platform

    工况 共用舱板1平均
    温度增量/℃
    共用舱板2平均
    温度增量/℃
    共用舱板向边界
    传递热流增量/W
    T=–30℃, ξ=1.0 4.8 4.7 39.5
    T=–20℃, ξ=0.3 9.0 8.9 16.1
    T=–20℃, ξ=1.0 4.7 4.4 37.4
    T=0℃, ξ=0.1 18.3 18.2 21.3
    T=0℃, ξ=1.0 4.9 4.9 49.6
    T=10℃, ξ=1.0 4.8 4.9 46.7
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  • [1] 刘赛, 徐世杰. 组合式航天器分离后姿态控制器设计[J]. 空间控制技术与应用, 2009, 35(2): 35-37,45 doi: 10.3969/j.issn.1674-1579.2009.02.007

    LIU Sai, XU Shiji. Attitude controller design for combined spacecraft after separation[J]. Aerospace Control and Application, 2009, 35(2): 35-37,45 doi: 10.3969/j.issn.1674-1579.2009.02.007
    [2] 刘永健, 谭春林, 刘育强. 空间平台能力发展趋势分析[J]. 航天器工程, 2011, 20(2): 72-77 doi: 10.3969/j.issn.1673-8748.2011.02.013

    LIU Yongjian, TAN Chunlin, LIU Yuqiang. Analysis of space platform capability development tendency[J]. Spacecraft Engineering, 2011, 20(2): 72-77 doi: 10.3969/j.issn.1673-8748.2011.02.013
    [3] FOSNESS E R, BUCKLEY S J, GAMMILL W F. Deployment and release devices efforts at the air force research laboratory space vehicles directorate[C]//Proceedings of AIAA Space 2001 Conference and Exposition. Albuquerque: AIAA, 2001: 1-6
    [4] FRAUENHOLZ R B, BHAT R S, CHESLEY S R C, et al. Deep impact navigation system performance[J]. Journal of Spacecraft and Rockets, 2008, 45(1): 39-56 doi: 10.2514/1.24310
    [5] 舒燕, 李志. 在轨释放、分离载荷动力学仿真研究[J]. 航天器环境工程, 2012, 29(1): 18-22 doi: 10.3969/j.issn.1673-1379.2012.01.004

    SHU Yan, LI Zhi. Dynamics simulation of on-orbit release and separation of payload[J]. Spacecraft Environment Engineering, 2012, 29(1): 18-22 doi: 10.3969/j.issn.1673-1379.2012.01.004
    [6] 张伟, 方宝东, 成玫, 等. 空间飞行器分离式构型设计[J]. 上海航天, 2013, 30(1): 1-7,23

    ZHANG Wei, FANG Baodong, CHENG Mei, et al. Design of separation configuration for spacecraft[J]. Aerospace Shanghai, 2013, 30(1): 1-7,23
    [7] 宁献文, 蒋凡, 张栋, 等. 月球无人采样返回探测器一体化热管理方案[J]. 航天器环境工程, 2017, 34(6): 598-603 doi: 10.3969/j.issn.1673-1379.2017.06.005

    NING Xianwen, JIANG Fan, ZHANG Dong, et al. An integrated thermal management scheme for lunar robotic sampling and return probe[J]. Spacecraft Environment Engineering, 2017, 34(6): 598-603 doi: 10.3969/j.issn.1673-1379.2017.06.005
    [8] (宁献文, 苏生, 陈阳, 等. 月地高速再入返回器热控设计及实现[J]. 中国科学: 技术科学, 2015, 45(2): 145-150 doi: 10.1360/N092014-00475

    NING Xianwen, SU Sheng, CHEN Yang, et al. Design and implementation of circumlunar return and reentry spacecraft thermal control system[J]. Scientia Sinica Technologica, 2015, 45(2): 145-150 doi: 10.1360/N092014-00475
    [9] 刘自军, 向艳超, 斯东波, 等. 嫦娥三号探测器热控系统设计与验证[J]. 中国科学: 技术科学, 2014, 44(4): 353-360 doi: 10.1360/092014-40

    LIU Zijun, XIANG Yanchao, SI Dongbo, et al. Design and verification of thermal control system for Chang'E-3 probe[J]. Scientia Sinica:Technologica, 2014, 44(4): 353-360 doi: 10.1360/092014-40
    [10] 陈江平, 黄家荣, 范宇峰, 等. “阿波罗”登月飞行器热控系统方案概述[J]. 载人航天, 2012, 18(1): 40-47 doi: 10.3969/j.issn.1674-5825.2012.01.008

    CHEN Jiangping, HUANG Jiarong, FAN Yufeng, et al. An overview on thermal control system design of Apollo[J]. Manned Spaceflight, 2012, 18(1): 40-47 doi: 10.3969/j.issn.1674-5825.2012.01.008
    [11] 苗建印, 钟奇, 赵啟伟, 等. 航天器热控制技术[M]. 北京: 北京理工大学出版社, 2018: 317-326

    MIAO Jianyin, ZHONG Qi, ZHAO Qiwei, et al. Spacecraft Thermal Control Technology[M]. Beijing: Beijing Institute of Technology Press, 2018: 317-326
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-03-28
  • 录用日期:  2024-03-13
  • 修回日期:  2023-05-07
  • 网络出版日期:  2023-07-26

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