CN109703788B - 一种基于石墨烯和铜条适用于微纳卫星的等温化热控装置 - Google Patents
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Abstract
本发明一种基于石墨烯和铜条适用于微纳卫星的等温化热控装置，包括：外舱板、导热铜条、石墨烯热扩散；所述外舱板是卫星表面舱板，一共有三块，分别为底板和侧板；石墨烯热扩散片，所述石墨烯热扩散片粘贴在外舱板的星内表面，共有三张；L形导热铜条，所述L形导热铜条连接相邻两块外舱板，共有两个。本发明通过石墨烯热扩散片优异的导热性能将舱板等温化，避免高热耗单机产生局部高热流密度现象；L形导热铜条能够将相邻舱板中热流较大的舱板热量传递到低温舱板上，实现两块垂直舱板的等温化；使用的热控产品均为被动热控产品，石墨烯和铜条性能稳定，易于安装，可靠性高。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于石墨烯和铜条适用于微纳卫星的等温化热控装置，特别是基于石墨烯热扩散片和导热铜条实现的等温化热控设计。
背景技术
微纳卫星发展带来卫星的更加广泛的应用，随着卫星上携带单机设备增多，单机设备功能趋于丰富多功能化，微纳卫星整星功耗逐渐增加，由此带来的高热流密度设备散热问题已经成为微纳卫星发展所面临的热控难题。另一方面，由于微纳卫星体积小，因此散热面资源紧张，尤其是运行在倾斜轨道上的微纳卫星，舱板上到达的外热流变化较大，不存在太阳同步轨道卫星那样稳定的散热面。
为了解决高热流密度设备局部高热流密度问题，卫星常用的方法时增大散热面，在设备安装舱板内部预埋热管，将热量尽量导到散热面上，然而微纳卫星舱板尺寸较小，预埋热管降低了舱板强度，并且小尺寸的热管制造困难。为了解决散热面资源紧张，常用外贴热管将星内结构上安装的设备热量导到其他面上，这样导致热控系统复杂。
发明内容
本发明解决的技术问题是：针对目前微纳卫星舱板尺寸较小，散热面资源紧张的问题，本发明的目的是提供一种基于石墨烯和铜条适用于微纳卫星的等温化热控装置。
本发明所采用的技术方案是：一种基于石墨烯和铜条适用于微纳卫星的等温化热控装置，包括外舱板、导热铜条、石墨烯热扩散片；所述外舱板作为微纳卫星的外舱板，包括一块底板和两块侧板；侧板通过安装螺钉垂直固定安装在底板上，并且两块侧板之间平行；在底板和侧板星内表面粘贴一层石墨烯热扩散膜，使用GD414硅橡胶粘贴固定，石墨烯热扩散膜距离底板、侧板10mm；导热铜条通过安装螺钉固定安装在底板和侧板的连接处，并且L形导热铜条与石墨烯热扩散膜之间涂导热脂。
所述底板和两块侧板采用的板材结构为：两层厚度为0.7mm的铝蒙皮，中间为厚度25.6mm的蜂窝结构。
底板星外一侧粘贴玻璃型第二表面镜，且包覆多层隔热材料。
所述石墨烯热扩散片厚度为17～40微米。
所述石墨烯热扩散片导热率不小于1500W/m·K，颜色为黑色。
所述导热铜条采用的材料牌号为铜T2Y。
所述导热铜条为L形，厚度为1mm。
三块石墨烯热扩散片采用GD414硅橡胶分别粘贴在底板和两块侧板的内表面上，且与板的边缘距离为10mm。
本发明的有益效果是：本发明所提供的一种基于石墨烯和铜条适用于微纳卫星的等温化热控装置，通过石墨烯热扩散片和L形导热铜条实现垂直方向舱板之间等温化，当舱板安装面上的设备或舱板到达外热流变化较大时，能够把局部热源扩散到温度较低的舱板上，避免局部温度过高。石墨烯热扩散膜和导热铜条性能稳定、可靠性高，总装实施简单。
附图说明
图1是一种基于石墨烯和铜条适用于微纳卫星的等温化热控装置外观图。
图2是一种基于石墨烯和铜条适用于微纳卫星的等温化热控装置组成图，
具体实施方式
一种基于石墨烯和铜条适用于微纳卫星的等温化热控装置的实施方式如附图1所示，在卫星设计时，针对倾斜轨道微纳卫星或者存在高热耗单机的卫星，使用如附图1所示的热控设计进行实施。在外热流变化比较大的舱板或者安装了高热耗单机舱板星内一侧粘贴一层石墨烯热扩散膜，并且根据热控分析选择相邻舱板粘贴一侧石墨烯热扩散膜，在相邻舱板连接处安装L形导热铜条。
一种基于石墨烯和铜条适用于微纳卫星的等温化热控装置，外观如附图1所示。本发明由附图2所示的三部分组成，分别为底板1，导热铜条2、石墨烯热扩散片3、侧板4、安装螺钉5组成。
底板1星外一侧根据热控设计结果粘贴玻璃型第二表面镜(OSR片)和包覆多层隔热材料，侧板4通过螺钉安装在底板1上，并且与底板1角度为90°角。在底板1上和侧板4星内表面粘贴一层石墨烯热扩散膜3，使用GD414硅橡胶粘贴固定，石墨烯热扩散膜3距离底板1、侧板4为10mm。L形的导热铜条2通过安装螺钉5固定安装在底板1和侧板4的连接处，并且导热铜条2与石墨烯热扩散膜3之间涂导热脂。
一种基于石墨烯和铜条适用于微纳卫星的等温化热控装置的工作原理为：当安装在底板1或侧板4的高热耗设备工作时，热量传递到石墨烯热扩散片3上。由于石墨烯热扩散片3优异的导热性能(X/Y轴导热率不小于1500W/m·K，约为铜的3倍)，热量可以迅速扩散到整个石墨烯扩散膜上，由局部热源变成面热源，降低了局部热流密度。这样可以充分利用底板1、侧板4的散热面资源。同时热量可以通过导热铜条2传递到相邻舱板上，增加了热沉，减小了温度剧烈变化。当卫星姿态机动或者处于阳光夹角变化比较大的轨道时，卫星外热流变化剧烈，此时舱板吸收的热流可以通过石墨烯热扩散片3和导热铜条2传递到其他舱板上，避免外热流变化导致舱板温度急剧升高，影响设备工作温度。
卫星在轨运行时，高热耗设备工作，热量传递到石墨烯热扩散片3上。由于石墨烯热扩散片3优异的导热性能，热量可以迅速扩散到整个石墨烯扩散膜上，由局部热源变成面热源，降低了局部热流密度。这样可以充分利用底板1、侧板4的散热面资源。同时热量可以通过导热铜条2传递到相邻舱板上，增加了热沉，减小了温度剧烈变化。当卫星姿态机动或者处于阳光夹角变化比较大的轨道时，卫星外热流变化剧烈，此时舱板吸收的热流可以通过石墨烯热扩散片3和导热铜条2传递到其他舱板上，避免外热流变化导致舱板温度急剧升高，影响设备工作温度。同时等温一体化的热控设计可以将热量传递到星内低温区域，减少了对主动加热的需求，降低了热控对能源的消耗。
Claims (6)
1.一种基于石墨烯和铜条适用于微纳卫星的等温化热控装置，其特征在于：包括外舱板、导热铜条(2)、石墨烯热扩散片(3)；所述外舱板作为微纳卫星的外舱板，包括一块底板(1)和两块侧板(4)；侧板(4)通过安装螺钉(5)垂直固定安装在底板(1)上，并且两块侧板(4)之间平行；在底板(1)和侧板(4)星内表面粘贴一层石墨烯热扩散片(3)，使用GD414硅橡胶粘贴固定；导热铜条(2)通过安装螺钉(5)固定安装在底板(1)和侧板(4)的连接处，并且导热铜条(2)与石墨烯热扩散片(3)之间涂导热脂；所述底板(1)和两块侧板(4)采用的板材结构为：两层厚度为0.7mm的铝蒙皮，中间为厚度25.6mm的蜂窝结构；底板(1)星外一侧粘贴玻璃型二次表面镜，且包覆多层隔热材料。
2.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯和铜条适用于微纳卫星的等温化热控装置，其特征在于：所述石墨烯热扩散片(3)厚度为17～40微米。
3.根据权利要求2所述的一种基于石墨烯和铜条适用于微纳卫星的等温化热控装置，其特征在于：所述石墨烯热扩散片(3)导热率不小于1500W/m·K，颜色为黑色。
4.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯和铜条适用于微纳卫星的等温化热控装置，其特征在于：所述导热铜条(2)采用的材料牌号为铜T2Y。
5.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯和铜条适用于微纳卫星的等温化热控装置，其特征在于：所述导热铜条(2)为L形，厚度为1mm。
6.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯和铜条适用于微纳卫星的等温化热控装置，其特征在于：三块石墨烯热扩散片(3)采用GD414硅橡胶分别粘贴在底板(1)和两块侧板(4)的内表面上，且与板的边缘距离为10mm。
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