CN104816839B - 一种卫星平台模块化热控装置 - Google Patents

Abstract

一种卫星平台模块化热控装置，包括：低温指标热控模块，用于安放低温指标要求的仪器设备并与其它热控模块绝热连接；正常指标热控模块，用于安放正常温度指标要求的仪器设备；高温指标热控模块，用于安放非低温指标要求的仪器设备；轨控热控模块，用于安放轨控分系统的仪器设备并与其它热控模块绝热连接；载荷热控模块，用于安放载荷仪器设备并与其它热控模块绝热连接；每一热控模块的结构板内表面通过导热填料与相应仪器设备热耦合，结构板外表面通过粘贴相应散热涂层构成散热通道，以将每一热控模块内相应仪器设备的发热传递到结构板上，再通过结构板外表面辐射到外空间。本发明提高了卫星平台热控适应性、通用性，缩短研制周期、降低研制成本。

Description

一种卫星平台模块化热控装置

技术领域

本发明涉及航天技术领域，尤其涉及一种应用于卫星特别是卫星平台热控的卫星平台模块化热控装置。

背景技术

卫星的热控设计主要是通过合理的散热通道设计与隔热处理，控制卫星内部及外部环境的热交换，使卫星上的仪器设备和结构处于一个合适的温度范围内。因此，热控设计的首要任务是如何将星内的热量排散到外空间。由于卫星在外空间中会受到太阳照射、地球红外辐射以及地球反射三种主要的外热源影响，卫星与地球以及太阳的位置关系就决定了这三种热源的影响大小，可能会导致卫星的某些部位受到很大的外热流影响，而有些部位会基本没有受到外热流的影响。

传统的卫星热控设计中，需要针对具体的卫星任务、卫星轨道、姿态输入，分析卫星的外环境，选择外热流影响小的部位作为整星的散热通道；并对星内的仪器布局和功率情况选择导热、隔热、加热等一些措施，基本上是量体裁衣式热控设计。现有的热控设计方法每颗卫星都有一种单独的热控方案，其优点就是所需的散热面小、整星温度比较稳定、能够较好的满足温度指标要求。但缺点是需要明确输入条件，根据输入条件进行定制相应的热控方案，标准化和通用性太差，且研制周期长、成本高。

随着航天技术的快速发展，卫星逐步走向工业化生产，短周期、低成本、标准化等已成为卫星研制的一个发展方向。根据卫星任务进行量体裁衣式的热控设计方法已经无法满足航天技术发展的需要。因此，需要对热控设计进行改进，以提高热控设计的效率、缩短研制周期、降低研制成本、实现卫星研制工业化。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术中存在的不足，提供一种卫星平台模块化热控装置，实现提高热控设计的效率、缩短研制周期、降低研制成本、实现卫星研制工业化。

为了实现上述目的，本发明提供了一种卫星平台模块化热控装置，包括低温指标热控模块、正常指标热控模块、高温指标热控模块、轨控热控模块和载荷热控模块；所述低温指标热控模块，用于安放低温指标要求的仪器设备，并与其它热控模块绝热连接；所述正常指标热控模块，用于安放正常温度指标要求的仪器设备，其中，所述正常温度指标要求的温度高于低温指标要求的温度；所述高温指标热控模块，用于安放非低温指标要求的仪器设备，其中，所述非低温指标要求的温度大于等于正常指标要求的温度；所述轨控热控模块，用于安放轨控分系统的仪器设备，并与其它热控模块绝热连接；所述载荷热控模块，用于安放载荷仪器设备，并与其它热控模块绝热连接；其中，每一热控模块的结构板内表面通过导热填料与相应仪器设备热耦合，结构板外表面通过粘贴相应散热涂层构成散热通道，以将每一热控模块内相应仪器设备的发热传递到结构板上，再通过结构板外表面辐射到外空间。

本发明的优点在于：通过对卫星平台仪器的需求分析结合空间热环境的特点，采用了模块化的热控技术；根据多层隔热组件的保温和可裁剪的特点，设计了柔性化的多层隔热组件；通过热控产品的标准化，提高了热控的通用性；从而使得卫星平台热控不再过多的依赖任务需求，提高了热控的适应性和通用性，缩短了研制周期。本发明通过采用模块化、柔性化及标准化的热控设计，能够大幅度提高卫星平台热控适应性、通用性，缩短研制周期、降低研制成本，使得卫星平台热控的研制可以走向工业化和市场化。

附图说明

图1，本发明所述的卫星平台模块化热控装置的架构示意图；

图2，本发明所述的卫星平台模块化热控装置一热控模块的结构示意图；

图3为图2所述热控模块的结构板的外表面示意图；

图4A-4C，不同任务模式下的结构板外表面散热通道示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的卫星平台模块化热控装置做详细说明。

参见图1，本发明所述的卫星平台模块化热控装置的架构示意图。目前的卫星平台多为六面体结构，星内仪器设备主要分布在四侧板及底板上。本发明提供的模块化的热控方案采用热控和结构进行一体化设计。通过对安装仪器的结构板进行热控处理，将单机发热传递到结构板上，再通过结构板外表面辐射到外空间。所述卫星平台模块化热控装置以星内仪器设备对温度指标的不同需求及空间外热流环境的特点，结合卫星布局将卫星平台划分为几个热控模块，包括低温指标热控模块11、正常指标热控模块12、高温指标热控模块13、轨控热控模块14和载荷热控模块15。

所述低温指标热控模块11，用于安放低温指标要求的仪器设备，并与其它热控模块绝热连接。也即该热控模块可以布置为有较低温度要求以及温度精度要求较高的仪器设备。卫星使用时，通过卫星的姿态方位选择，确保该热控模块避开太阳照射，实现低温目标。

所述正常指标热控模块12，用于安放正常温度指标要求的仪器设备，其中，所述正常温度指标要求的温度高于低温指标要求的温度。卫星平台可以包括两个正常指标热控模块12。卫星使用时，该热控模块可以受到一些太阳照射，避免长期受照即可。

所述高温指标热控模块13，用于安放非低温指标要求的仪器设备，其中，所述非低温指标要求的温度可以是高于正常指标要求的温度，或是正常温度指标要求的温度。也即该热控模块可以布置一些对温度指标要求较宽、功耗密度较小的一些仪器设备。卫星使用时，该热控模块可以受到太阳照射，能承受温度较高。所述低温指标热控模块11与所述高温指标热控模块13配合使用，能够较好的规划卫星任务。

所述轨控热控模块14，用于安放轨控分系统的仪器设备，并与其它热控模块绝热连接。卫星使用时，该热控模块也可以作为卫星的太阳受照面。

所述载荷热控模块15，用于安放载荷仪器设备，并与其它热控模块绝热连接。因载荷的指标要求一般较为严格，因此该热控模块与其它热控模块绝热连接，进行独立热控。

使用以上的模块化设计，能够在满足卫星平台热控设计要求的同时，兼顾卫星任务规划、轨道设计、指向设计、结构设计等。

参考图2-图3，其中，图2为本发明所述的卫星平台模块化热控装置一热控模块的结构示意图，图3为图2所述热控模块的结构板的外表面示意图。卫星被划分为多个热控模块，每个热控模块都在其外表面设计相应的散热通道。每一热控模块的结构板20的内表面21通过导热填料与相应仪器设备29热耦合；结构板20的外表面22通过粘贴相应散热涂层23构成散热通道，以将每一热控模块内相应仪器设备29的发热传递到结构板20上，再通过结构板20的外表面22辐射到外空间。图2中，箭头A示意相应仪器设备29向结构板20传热；箭头B示意结构板20向外空间传热。

继续参考图3，作为优选的实施方式，每一热控模块的结构板外表面22设有一块具有可裁剪性的多层隔热组件24。多层隔热组件24可以为中部开窗形式，开窗部分用以裸露出散热涂层23。根据不同任务模式下的散热要求对多层隔热组件24进行裁剪，裁剪后的多层隔热组件24与散热涂层23配合使用，使每个热控模块的散热能力柔性变化，适应性强。所有所述多层隔热组件24采用相同的固定方式和接地方式，同时标有可裁剪边线以及相应尺寸，也即制成标准化的多层隔热组件，进一步提高热控的适应性和通用性。

热控设计中，对每个热控模块进行独立设计；根据每个热控模块内部的仪器设备最大总功耗和最大外热流设计出所需的最大散热面面积，并在该热控模块外表面粘贴相应面积的散热涂层构成散热通道。同时，根据相应热控模块内部的仪器设备最小总功耗和最小外热流计算出的所需最大隔热面积，并在该热控模块外表面喷涂相应面积的隔热材料构成非散热通道。这样就形成了一个极大和极小的两种散热通道，涵盖了所有的任务可能出现的情况。多层隔热组件和散热涂层会有部分重合，但多层隔热组件具有可裁剪性，从而能够根据不同任务模式下的散热要求对多层隔热组件进行裁剪，使每个热控模块的散热能力柔性变化。也即，实际使用时，每一热控模块的结构板外表面散热涂层的实际面积与多层隔热组件的实际面积之和为相应结构板的外表面面积；其中，所述散热涂层的实际面积小于等于所述多层隔热组件的最大面积，所述多层隔热组件的实际面积小于等于所述散热涂层的最大面积。

表1给出了几种典型、极端的任务模式下的柔性化散热通道设计要求。

表1柔性化散热通道设计

图4A-4C给出了表1相应任务模式下的结构板外表面散热通道示意图。其中，图4A为对冷空模式下的柔性化散热通道设计；图4B为对地定向模式下的柔性化散热通道设计；图4C为对日定向模式下的柔性化散热通道设计。图中虚线(若有)所示为多层隔热组件24的可裁剪边线，多层隔热组件24中部开窗部分为允许散热涂层23裸露出的面积；多层隔热组件24安装在结构板外表面22上之前，外表面22上粘贴的散热涂层23为设计的最大散热面面积，多层隔热组件24安装在外表面22上后，散热涂层23仅在多层隔热组件24中部开窗部分裸露出外表面22以构成散热通道，多层隔热组件24覆盖部分均为非散热通道。

从表1以及图4A-4C可以看出，对于不同任务卫星的外热流环境变化进行热控设计时，只需进行简单计算后对各热控模块的多层隔热组件进行调整就能适应，实现柔性化的散热通道。

为了提高本发明热控设计的标准化程度，除了前述对多层隔热组件采用相同的固定方式和接地方式，同时标有可裁剪边线以及相应尺寸的标准化设计外，可以进一步采用标准化的热控涂层以及标准化的主动加热器。

标准化的热控涂层具体为：每个热控模块的散热涂层均采用热控白漆，通过在外表面喷涂低吸辐比的热控白漆，提高散热通道的散热效率。进一步，在所述正常指标热控模块与所述高温指标热控模块的内表面裸露部分喷涂热控黑漆；也即，在各热控模块内表面根据与其它热控模块的热连接方式，除绝热连接的外，均喷涂高辐射率的热控黑漆。

标准化的主动加热器具体为：所述低温指标热控模块、正常指标热控模块、高温指标热控模块以及轨控热控模块内部均设有采用开关控制的主动加热器并配置相应的热敏电阻，以根据热敏电阻的温度反馈开启对应加热器对相应热控模块加热。也即，除有效载荷热控模块外，每个热控模块内部均设计主动加热器，通过对主动加热器进行开关控制，以控制热控模块的加热与保温，能够大幅提高热控的适应性。

作为优选的实施方式，除有效载荷热控模块外，每个热控模块内部均分别设有两路采用开关控制的主动加热器，每一路加热器配置3个热敏电阻，两路主动加热器互为备份。由于两路主动加热器互为备份，常规模式不会出现同时控制，从而确保加热功能的有效实现。

本发明通过对卫星平台仪器的需求分析结合空间热环境的特点，采用了模块化的热控技术；根据多层隔热组件的保温和可裁剪的特点，设计了柔性化的多层隔热组件；通过热控产品的标准化，提高了热控的通用性；从而使得卫星平台热控不再过多的依赖任务需求，提高了热控的适应性和通用性，缩短了研制周期。本发明通过采用模块化、柔性化及标准化的热控设计，能够大幅度提高卫星平台热控适应性、通用性，缩短研制周期、降低研制成本，使得卫星平台热控的研制可以走向工业化和市场化。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种卫星平台模块化热控装置，其特征在于，包括低温指标热控模块、正常指标热控模块、高温指标热控模块、轨控热控模块和载荷热控模块；

所述低温指标热控模块，用于安放低温指标要求的仪器设备，并与其它热控模块绝热连接；

所述正常指标热控模块，用于安放正常温度指标要求的仪器设备，其中，所述正常温度指标要求的温度高于低温指标要求的温度；

所述高温指标热控模块，用于安放非低温指标要求的仪器设备，其中，所述非低温指标要求的温度大于等于正常指标要求的温度；

所述轨控热控模块，用于安放轨控分系统的仪器设备，并与其它热控模块绝热连接；

所述载荷热控模块，用于安放载荷仪器设备，并与其它热控模块绝热连接；每一热控模块的结构板内表面通过导热填料与相应仪器设备热耦合，结构板外表面通过粘贴相应散热涂层构成散热通道，以将每一热控模块内相应仪器设备的发热传递到结构板上，再通过结构板外表面辐射到外空间，散热涂层的面积根据模块内部的仪器设备最大总功耗和最大外热流计算得出；

每一热控模块的结构板外表面设有一具有可裁剪性的多层隔热组件，多层隔热组件为中部开窗形式，开窗部分用以裸露出散热涂层，多层隔热组件的面积根据模块内部的仪器设备最小总功耗和最大外热流计算得出；

多层隔热组件和散热涂层部分重合，根据不同任务模式下的散热要求对多层隔热组件进行裁剪，裁剪后的多层隔热组件与散热涂层配合使用，使热控模块的散热能力柔性变化。

2.根据权利要求1所述的卫星平台模块化热控装置，其特征在于，每一热控模块的结构板外表面散热涂层的实际面积与多层隔热组件的实际面积之和为相应结构板外表面的面积，其中，所述散热涂层的实际面积小于等于所述多层隔热组件的最大面积，所述多层隔热组件的实际面积小于等于所述散热涂层的最大面积。

3.根据权利要求1所述的卫星平台模块化热控装置，其特征在于，所有所述多层隔热组件采用相同的固定方式和接地方式，同时标有可裁剪边线以及相应尺寸。

4.根据权利要求1所述的卫星平台模块化热控装置，其特征在于，所述散热涂层采用热控白漆。

5.根据权利要求1或4所述的卫星平台模块化热控装置，其特征在于，所述正常指标热控模块与所述高温指标热控模块的内表面裸露部分喷涂热控黑漆。

6.根据权利要求1或3所述的卫星平台模块化热控装置，其特征在于，所述低温指标热控模块、正常指标热控模块、高温指标热控模块以及轨控热控模块内部均设有采用开关控制的主动加热器并配置相应的热敏电阻，以根据热敏电阻的温度反馈开启对应加热器对相应热控模块加热。

7.根据权利要求6所述的卫星平台模块化热控装置，其特征在于，所述低温指标热控模块、正常指标热控模块、高温指标热控模块以及轨控热控模块内部均分别设有两路采用开关控制的主动加热器，每一路加热器配置3个热敏电阻，两路主动加热器互为备份。