航天器工程

专家特约稿

  • 我国航天器热控技术发展及展望

    周佐新;黄金印;张红星;赵亮;

    航天器热控技术的主要任务是在恶劣的空间热环境下维持航天员和装备处于适宜的温度水平,是保障航天员和航天器生存能力的关键核心技术之一。文章系统回顾了我国航天器热控技术经历的4个不同的发展阶段,总结了近10年以来在复杂空间环境系统热管理、高精度高稳定度温度控制、大功率高热流密度散热、空间深低温获取与热传输、空间高温热管理等领域的进展,并提出对应发展建议。

    2023年06期 v.32;No.163 1-9页 [查看摘要][在线阅读][下载 3080K]
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航天器热控设计

  • 外热流扰动下航天器精密控温系统的设计及参数优化

    耿利寅;张传强;童叶龙;韩东阳;孟恒辉;彭方汉;

    对于航天器精密控温系统,外热流的周期性波动是影响被控对象温度稳定性的主要扰动来源。文章以一个典型的航天器精密控温系统为研究对象,建立了融合空间外热流扰动、系统热设计状态和控温算法的系统统一数学模型。经简化实现模型的线性化后,采用频率响应法对系统进行分析,获得了系统稳态输出的理论解。文章从航天器热控设计实际出发,分析了各热物理参数和控制参数对系统输出温度稳定性的影响,提出了以降低外热流扰动引起的温度波动为目标的热设计和控温参数优化原则和方向。文章还以海洋盐度探测卫星综合孔径辐射计天线接收机的高稳定度控温设计为实例,展示了按照上述优化原则和思路调整热控措施和控温参数,经仿真计算对比不同参数的输出效果,最终获得理想控温效果的过程。该实例验证了文章理论解和优化设计指导思路的正确有效性。

    2023年06期 v.32;No.163 10-17页 [查看摘要][在线阅读][下载 2375K]
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  • 超低轨道卫星热控分系统原子氧防护设计

    任红艳;杨昌鹏;赵欣;许峰;李挺豪;

    为满足超低轨道卫星长寿命的使用要求,必须对星表经受累计大剂量原子氧通量的热控材料进行原子氧防护,或选择具有原子氧耐受的热控材料,以保证星上仪器设备在整个寿命周期中都能维持良好的工作环境。对国内外航天器上常用热控材料的原子氧影响研究结果进行了分析,对原子氧对各种材料的侵蚀机理及侵蚀速率进行了总结,并据此给出在轨道高度为268 km上的超低轨道卫星的热控设计建议,为国内超低轨道卫星的热控设计提供参考。

    2023年06期 v.32;No.163 18-24页 [查看摘要][在线阅读][下载 1140K]
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  • 应用过程神经网络的航天器瞬态温度预测方法

    陈冠宇;杨森;彭威;多乐乐;张健鹏;刘宪闯;

    航天器在轨温度受空间热环境影响变化较大,同时研制阶段的热分析与热试验往往也耗时较长,因此通过准确有效的预测方法为其提供在轨温度预警信息、提高热仿真与热试验效率至关重要。文章提出航天器瞬态温度预测方法,依据航天器在轨温度实测数据,采用相空间重构理论构建样本集完成训练,应用过程神经网络建立瞬态温度预测模型,并对温度进行外推预测。经验证,根据温度预测方法建立的温度预测模型绝对误差最大值为0.746 K,可在满足工程精度的情况下实现对航天器瞬态温度的快速预测。

    2023年06期 v.32;No.163 25-30页 [查看摘要][在线阅读][下载 1754K]
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  • 引力波探测中的超低频热噪声传递特性分析

    亢佳贺;陈华;赵锐;杨昌鹏;赵欣;宋云飞;程文龙;

    建立了基于温度振幅谱密度的低频温度噪声传递模型,并通过实验验证了模型的准确性,通过该模型研究低频热流条件下,热源频谱特性以及热控材料的厚度对温度噪声传递的影响。研究结果表明:随噪声频率的增加,经过被动热控材料抑制的温度噪声逐渐降低,并最终基本保持不变,说明在文章提供的材料条件下,超过0.17 Hz时适合用被动热控材料进行温度噪声抑制,低于0.17 Hz时需要采用主动热控方法进行抑制;随被动热控材料厚度的增加,温度噪声的对数线性降低,对于超低频温度噪声需要采用更厚的热控材料,从节省空间资源的角度,超低频温度噪声更适合用主动热控方法进行抑制。

    2023年06期 v.32;No.163 31-38页 [查看摘要][在线阅读][下载 3653K]
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  • GEO卫星热控能源优化设计方法研究及实践

    朱丽瑶;徐天潇;阮世庭;董丽宁;韩小晨;陈钢;王江;

    为减少热控制分系统的能源需求,减轻整星的能源负担,分别从精准热补偿、错峰热补偿、精细化热设计、整星资源统筹等几个角度提出了热控能源优化设计方案。提出了一种预埋式管路辐射器,并将其上的低温补偿加热器实施在管路上后进行一体预埋,形成一体化辐射器。采用光照阴影分时段的差别式阈值控制,利用整星热容降低阴影期补偿功耗需求等方法。经仿真分析及试验验证,以上几种方式均能够有效减少热控制系统的热补偿功耗需求。

    2023年06期 v.32;No.163 39-44页 [查看摘要][在线阅读][下载 2658K]
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  • 基于多孔结构的液体管理技术在空间中的应用

    王晔;付振东;方泽农;刘思学;黄金印;张红星;苗建印;

    针对航天器在轨面临的气液相分离问题,文章在孔隙尺度上分析了基于多孔结构的液体管理技术和相分离特性,梳理了国内外研究中针对多孔结构的毛细润湿、压降以及泡破特性的表征与测试方法。综合多孔结构相分离特性与航天器应用需求,梳理了基于多孔结构的液体管理技术在低温推进剂贮箱、热泵储液器以及热管蒸发器中的应用及优化策略。总结出新型多孔结构强化相分离性能、传热及相变过程对相分离性能的影响、多孔材料的孔隙一致性控制和安装密封技术等需要解决的关键问题,可为相关产品研制和性能提升提供思路。

    2023年06期 v.32;No.163 45-52页 [查看摘要][在线阅读][下载 2050K]
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  • 引力波探测卫星热设计研究进展

    张嘉麟;李运泽;赵欣;周宇鹏;魏然;

    介绍了各国引力波卫星热控问题的研究现状,分别分析了美国激光干涉空间天线(LISA)计划的引力波探测卫星、我国的“天琴”系列与“太极”系列引力波探测卫星的热控方式,详细阐述了引力波探测卫星在整星级热设计上存在的挑战,点明了目前的引力波探测卫星精密热设计技术与可以投入运行使用的引力波探测卫星实际需求的差距。具体分析了国内的“天琴”系列与“太极”系列引力波探测卫星在热控能力上与LISA卫星产生差距的原因,并介绍了几种国内航天器正在开发应用的新技术,为之后的引力波探测卫星热设计的进一步提升提供一定的理论基础。

    2023年06期 v.32;No.163 53-59页 [查看摘要][在线阅读][下载 2866K]
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航天器部件热控设计

  • 空间站核心舱舱外大型控制力矩陀螺热控设计与验证

    丰茂龙;李刚;雷鸣;王岩;韩海鹰;曹剑峰;杨居翰;

    针对舱外大型力矩陀螺结构复杂、热耗高、传热路径差,且对温度控制具有严格要求的问题,以空间站核心舱为例,文章提出了从系统热控需求出发,以辐射为主、电加热为辅的热控思路,并建立了仿真分析模型,得出了布局位置、轨道姿态、设备周围环境对陀螺热状态的影响。经与在轨遥测数据对比分析,结果表明:该热控设计工作合理有效,可为控制力矩陀螺在轨温度预示提供依据,为其他舱外大型复杂设备热控设计提供解决思路。

    2023年06期 v.32;No.163 60-67页 [查看摘要][在线阅读][下载 5630K]
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  • MEO卫星有源微波天线机电热一体化设计与应用

    杜博然;施哲栋;毕建峰;曾凡健;顾燕萍;张好;翟载腾;

    针对中地球轨道(MEO)卫星微波天线连续工作时间较长带来的温度一致性问题,兼顾卫星减重的需求,文章提出了一种天线机电热一体化设计方法。从分析MEO热环境出发,筛选出极端低、高温工况,采用纳米膜、高导热石墨板和分布式测控温系统相结合的手段,提出了一种新的天线热控方法,节省了传统的有源安装板,优化了2/3的测控温线缆。经过有限元仿真和模块级试验,验证了该方法的有效性,试验结果表明:该机电热一体化设计方法能够满足温度一致性要求,对短时高热耗的天线热控具有重要的借鉴意义。

    2023年06期 v.32;No.163 68-73页 [查看摘要][在线阅读][下载 3031K]
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  • 太阳同步轨道遥感卫星星敏感器热控设计

    杨琦;王茹;江利锋;张传强;傅伟纯;

    针对太阳同步轨道遥感卫星上的小型长寿命星敏感器周边环境红外辐射特性影响复杂导致的温控问题,文章提出了星敏感器所经受的太阳直照外热流和周边环境红外辐射定量解析方法,并根据外热流分析结果逐步确定了星敏感器热控设计的思路。以某遥感卫星为例,进行了设计和仿真验证,结果表明:在各种工况下星敏感器法兰温度均满足指标需求。最后,对星敏感器中制冷器开启的工况进行了分析,展示了制冷器开启对星敏感器的温度波动影响,可为进一步优化星敏感器温控性能提供设计参考。

    2023年06期 v.32;No.163 74-78页 [查看摘要][在线阅读][下载 2338K]
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  • 大型相控阵天线局部热试验验证技术

    腊栋;陈辉;陈彬彬;杨尚宁;包泽彬;晁京伟;

    针对大型相控阵天线试验验证需求,提出一种局部热试验验证方法,选取代表大型相控阵天线阵热分布特征的局部构件开展模块级热试验,针对主导误差源开展局部热试验获取其影响,将局部热试验与仿真分析相结合,实现大型相控阵天线热试验验证。结果表明:基于局部试验的热分析结果与整星热试验结果具有较好的一致性,可为大型相控阵天线的热试验验证提供技术支撑。

    2023年06期 v.32;No.163 79-83页 [查看摘要][在线阅读][下载 1252K]
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  • 航天器舱内星敏感器简化热分析方法及在轨验证

    潘维;罗强;斯东波;钟奇;

    一般返回类航天器的星敏感器安装于舱内,通过光窗实现在轨应用。安装于舱内的星敏感器在轨热仿真鲜有人研究,舱内与舱外星敏感器的热仿真边界不同,且需要考虑安装于航天器舱板上的光窗对星敏感器计算温度的影响。文章提出舱内星敏感器的热仿真简化处理方法,即利用局部精细模型准确求解透过光窗到达星敏感器各个位置上的外热流,再配合整器热模型准确求解舱内星敏感器温度,不需要修改整器热模型,保证航天器研制进度的同时,实现了星敏感器在轨温度的精确仿真。分析结果与在轨飞行温度数据比对后一致性良好,可为舱内星敏感器在轨热分析提供工程借鉴。

    2023年06期 v.32;No.163 84-88页 [查看摘要][在线阅读][下载 3114K]
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航天器热控产品研究

  • 中高轨道卫星热控涂层太阳吸收比退化快速估算方法

    刘宇明;刘宠;于强;李宇;王晶虎;刘业楠;丁义刚;

    根据中高轨道卫星热控涂层温度变化的周期性规律,提出了一种基于待定系数方法的热控涂层在轨性能变化估算方法,此方法仅利用温度数据,不需要卫星光照角、材料热容量等其他参数,降低了以温度反演热控涂层在轨性能变化的参数要求和计算难度。利用该方法,在参考了现有的卫星光学太阳反射镜(Optical Solar Reflector, OSR)太阳吸收比退化的在轨数据和地面试验数据的前提下,同时为计算数据的稳定性,文章估算了某卫星在轨运行580天至1670天约3年的时间里,卫星上OSR的太阳吸收比在轨性能变化情况,结果显示某卫星OSR在约3年的时间里,太阳吸收比仅增加了不到0.01,具有很好的稳定性。

    2023年06期 v.32;No.163 89-94页 [查看摘要][在线阅读][下载 1841K]
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  • 卫星推进系统管路加热带温度分布试验研究

    刘百麟;谢伟华;周江;李一帆;胡帼杰;

    卫星推进系统管路加热带的温度分布是影响推进系统任务实现及卫星在轨长寿命高可靠工作的致命因素。文章通过基础试验方法研究主导管路加热带温度分布的自变量及影响规律。试验结果表明:管路加热带的温度水平与温度场分布均匀性受加热丝丝径、管路管径、缠绕工艺、工作电流影响较大。另外,基于试验实测数据量化自变量影响规律并进行机理分析。文章研究成果可为卫星推进系统管路加热器的可靠性与安全性设计提供参考数据。

    2023年06期 v.32;No.163 95-101页 [查看摘要][在线阅读][下载 2509K]
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  • 基于环路热管的航天器可折叠辐射散热器设计

    钟思源;谢荣建;程锦铭;文佳佳;

    航天器废热排放问题是制约其有效载荷容纳量增长的主要因素。文章针对目前可折叠辐射散热器折展比低的问题,设计基于环路热管的航天器可折叠辐射散热器,提出了一种基于对称六连杆Waldron机构设计的高折展比折叠方案,采用柔性环路热管作为热量收集和传递单元,实现辐射可动板间的柔性连接。通过对1/8等比样机的仿真数值模拟和试验研究,分析了基于环路热管的可折叠辐射散热器的传热特性。研究结果显示:该样机最大可传输200 W热量,展开后可获得更大的散热面积。

    2023年06期 v.32;No.163 102-110页 [查看摘要][在线阅读][下载 4814K]
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  • 一种与流体回路耦合的板翅式相变换热器设计及验证

    王岩;王玉莹;付振东;吴显林;陈灵;孟繁孔;于新刚;张红星;曹剑峰;

    针对月球轨道复杂的热环境,设计一种与流体回路耦合的板翅式相变换热器,通过利用相变材料熔化蓄热、凝固放热的特性,实现对航天器在不同外界热环境条件下散热能力的调节。基于一系列简化假设,开展相变换热器仿真分析,计算给定入口温度条件下相变换热器的换热性能和熔化与凝固特性,并且详细分析相变腔体内相变材料的熔化过程。通过搭建相变换热器性能试验台开展试验研究,得到相变换热器运行的温度结果,验证了相变换热器设计的合理性。文章提出的耦合相变换热器的流体回路方案可作为载人航天器月球轨道飞行的有效热控手段。

    2023年06期 v.32;No.163 111-116页 [查看摘要][在线阅读][下载 3951K]
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  • 航天器分支槽道热管设计及传热特性分析

    董俊彪;张维丝;蒋明;随俊杰;庞乐;赵小翔;孙敬文;

    航天器内部热源分布日益复杂,传统热管无法有效解决小空间内多热源的均温问题。文章设计了一种带有分支的槽道热管,通过分支的连接建立多热源间的传热通道,从而实现温度均匀(简称“均温”)。均温试验结果表明:当对功率为4 W,8 W,12 W,16 W的4个热源进行均温时,分支槽道热管的最大温差为0.9℃。传热特性试验结果表明:当加热功率为16 W时,分支与连接段、分支与分支间的热阻分别为0.15 K/W和0.17 K/W。分支槽道热管的均温和传热性能良好,可为多热源均温提供新的方法。

    2023年06期 v.32;No.163 117-122页 [查看摘要][在线阅读][下载 2698K]
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  • 钠热管传热极限过渡数值模拟分析

    刘剑术;牟玉鹏;李小斌;张红娜;李凤臣;韩冶;王泽鸣;柴宝华;

    钠热管在空间核电源领域具有广泛应用。文章以2 m长钠热管为研究对象,通过引入动量源项描述毛细力,模拟钠热管遭遇不同传热极限过渡时管内的相变流动过程。钠热管在主要工作温度范围内,主要受到黏性极限、声速极限、夹带极限和毛细极限的影响,因此存在3个过渡点。模拟分析结果表明:黏性极限与声速极限过渡时,热管蒸发段未出现液体团聚和蒸气阻塞现象;声速极限与夹带极限共同作用时,既出现了蒸气阻塞和液体夹带现象,又伴随着新的液体堆积现象;夹带极限与毛细极限共同作用时的现象与各自单独发生时的现象都有所区别。文章研究结果可用于深入理解钠热管工作机理和优化设计,为更加高效的空间核电源系统设计提供科学参考。

    2023年06期 v.32;No.163 123-129页 [查看摘要][在线阅读][下载 3783K]
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  • 航天器用低太阳吸收比无机热控涂层制备及性能研究

    陈俊鸽;米乐;冯爱虎;于洋;刘昆;肖雨昕;于云;

    航天技术的发展和深空探测的需要,对热控涂层的光热性能和空间环境稳定性提出了更加苛刻的要求。为此,文章设计内核为Zn_2SiO_4、外壳为具有可见光波段高透过性SiO_2的核壳结构颜料,并将其制备成热控涂层。试验结果表明:涂层T-Zn_2SiO_4@SiO_2的太阳吸收比为0.09,具有超低吸收特性。在此基础上,文章系统性表征了涂层在真空-紫外辐照后太阳吸收比和内部缺陷的变化,初步解析了紫外辐照后光学性能演化机理,可为研制低太阳吸收比、高稳定性新型热控材料提供新思路。

    2023年06期 v.32;No.163 130-135页 [查看摘要][在线阅读][下载 3279K]
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航天短讯及其他

  • 致谢2023年度审稿专家

    <正>《航天器工程》审稿专家以深厚的学术造诣、丰富的工程经验、严慎细实的作风、客观公正的态度和高度负责的精神,在专审工作中严格审阅、中肯评价,为刊载论文学术水平的进一步提高,为期刊权威性、公信力、影响力和美誉度的不断提升,作出了重要贡献。

    2023年06期 v.32;No.163 129页 [查看摘要][在线阅读][下载 727K]
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  • 航天短讯

    赵迎龙 ;赵宏校;

    <正>第57、58颗北斗导航卫星发射任务圆满成功据中国航天科技集团有限公司2023年12月26日报道,长征三号乙/远征一号运载火箭点火起飞,将第57、58颗北斗导航卫星送入预定轨道,发射任务取得圆满成功。第57、58颗北斗导航卫星是两颗中圆地球轨道卫星,是北斗三号全球卫星导航系统的备份卫星,将进一步提升北斗三号系统稳定性,确保系统各类服务连续稳定、实现服务性能稳中有升具有重要意义。同时,通过统筹实施卫星导航领域新技术验证,将为后续北斗系统持续发展提供支撑。

    2023年06期 v.32;No.163 136-142页 [查看摘要][在线阅读][下载 2586K]
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  • 《航天器工程》第32卷(2023年)总目次

    <正>~~

    2023年06期 v.32;No.163 143-151页 [查看摘要][在线阅读][下载 1016K]
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  • 中国航天器热控技术主要发展历程

    <正>~~

    2023年06期 v.32;No.163 2-6页 [查看摘要][在线阅读][下载 1303K]
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  • 《航天器工程》征稿简则

    <正>《航天器工程》是由北京空间飞行器总体设计部主办的综合性技术期刊,也是中国宇航学会飞行器总体专业委员会、中国宇航学会系统工程与项目管理专业委员会会刊,是国内全面、综合反映空间技术发展、工程研究、系统设计、集成测试和试验发展水平的代表性期刊之一,是中国科技核心期刊、中文核心期刊、中国科学引文数据库(CSCD)核心期刊,面向国内外公开发行。主要读者对象是从事航天器工程及其相关领域的科研人员、工程技术人员和管理人员,以及大专院校相关专业的教师和研究生等。

    2023年06期 v.32;No.163 9页 [查看摘要][在线阅读][下载 977K]
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  • 《中文核心期刊要目总览》入编通知

    <正>《航天器工程》主编先生/女士:我们谨此郑重通知:依据文献计量学的原理和方法,经研究人员对相关文献的检索、统计和分析,以及学科专家评审,贵刊《航天器工程》入编《中文核心期刊要目总览》2020年版(即第9版)航空、航天类的核心期刊。该书由北京大学出版社出版。书中按《中国图书馆分类法》的学科体系,列出了74个学科的核心期刊表,并逐一对核心期刊进行了著录。

    2023年06期 v.32;No.163 153页 [查看摘要][在线阅读][下载 1549K]
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