CN113091490A - 一种基于组合式热沉的月球采样返回探测器自主热管理系统 - Google Patents

一种基于组合式热沉的月球采样返回探测器自主热管理系统 Download PDF

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徐侃
王玉莹
张栋
陈阳
薛淑艳
贺晓洋
黄�俊
周晓伶
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Abstract

本发明公开了一种基于组合式热沉的月球采样返回探测器自主热管理系统，在上升器布置主散热面，在着陆器表面布置辅助散热面，通过对空间热辐射方式排散热负荷；在着陆器布置水升华器组件，通过消耗升华工质的方式排散热负荷；在地月转移、组合体环月段，着陆上升组合体采用上升器主散热面和着陆器辅助散热面共同作用作为系统热沉；在月面工作段，采用上升器主散热面、着陆器辅助散热面和水升华器组件共同作用作为组合式热沉；在交会对接段，采用上升器主散热面作用作为单一热沉。本发明解决了月面高温环境大热耗散热、热负荷大幅变化、着陆器无有效散热通道与组合体散热面不足等难题，同时满足月昼高温保障及多任务模式协同散热的多重任务需求。

Description

一种基于组合式热沉的月球采样返回探测器自主热管理系统
技术领域
本发明涉及航天器热设计领域，具体涉及一种基于组合式热沉的月球采样返回探测器自主热管理系统。
背景技术
航天器热设计是根据航天器飞行任务要求以及全寿命周期内所要经受的内、外热负载的状况，系统地采取各种热控措施，组织航天器内外的热量交换过程，保证航天器设备、结构及航天员所处的环境温度等指标在规定范围内，满足任务剖面要求。航天器热设计的主要约束为包括内热耗、外热流在内的热负荷条件。
月球采样返回探测器热设计主要面临以下难点：
(a)探测器组合状态多，工作模式差异大
任务过程中探测器构形变化大，工作模式多，姿态变化多，不同的探测器工作模式和能源供给状态差别大。着陆上升组合体需同时经历地月转移、组合体环月、动力下降、月面采样、月面起飞上升及月球轨道交会对接等不同任务阶段，热负荷峰谷比超过7：1，多任务模式下组合体协同散热问题突出。
(b)月球红外辐射强度大，极热环境恶劣，月昼期间探测器周边月面环境温度高达110～140℃，月面采样任务及起飞上升准备期间内热耗接近 450w，组合体整体热负荷超过2000W，散热面热排散能力严重不足。
(c)受月面红外影响，可供散热面布局的位置非常有限(一般仅能布置于朝天面)。但由于探测器任务约束，月面上升前着陆器与上升器复合成组合体共同工作，上升器遮挡了着陆器顶面绝大部分可用于布置散热面的区域，着陆器自身缺乏有效散热通道，热排散尤为困难。
(d)月球表面存在月尘，自然环境和诱发环境可能对热控涂层造成污染，特别是月球采样、放样动作过程中均可能引起月尘激扬或洒落，散热面热沉能力不确定性很大。必须增强热控系统的适应能力与调节能力，预留足够设计裕度，尽量降低月尘等不确定因素的影响。
(e)月球存在1/6g重力加速度，限制了热管产品的使用范围。
(f)探测器热控可用重量资源严重受限，其中上升器热控重量要求尤为苛刻，如何在有限资源下实现热控分系统的功能，满足总体技术指标要求，也成为一个巨大的难题。
综合上述任务特点，月球采样返回探测器主要面临复杂任务、多组合态、极端高温环境下主动热管理难题，其中月昼正午高温环境下大功率热排散难题尤为突出。
根据任务需要，我国月球采样返回探测器月面采样及起飞准备等大功耗模式均在月昼正午阶段开展，月昼高温保障设计面临极大挑战，需要构建全新的以主动热控体制为基础的热控体系。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于组合式热沉的月球采样返回探测器自主热管理系统，能够解决月面高温环境大热耗散热、热负荷大幅变化、着陆器无有效散热通道与组合体散热面不足等难题，同时满足月昼高温保障及多任务模式协同散热的多重任务需求。
本发明采用的技术方案如下：
一种基于组合式热沉的月球采样返回探测器自主热管理系统，在上升器布置主散热面，在着陆器表面布置辅助散热面，通过对空间热辐射方式排散热负荷；同时在着陆器布置水升华器组件，通过消耗升华工质的方式排散热负荷；
在地月转移、组合体环月段，着陆上升组合体采用上升器主散热面和着陆器辅助散热面共同作用作为系统热沉；在月面工作段，采用上升器主散热面、着陆器辅助散热面和水升华器组件共同作用作为组合式热沉；在交会对接段，采用上升器主散热面作用作为单一热沉。
进一步地，在上升器顶板+X面按最大可能面积布置主散热面，+X为月面对天侧；在着陆器顶板北侧及+Y侧板布置辅助散热面，所述辅助散热面面积满足所有飞行阶段内系统补偿功率为0的优化目标，+Y为月球北侧。
进一步地，水升华器组件包括两台串联的水升华换热器；月面采样阶段，其中一台水升华换热器单独工作；月面起飞准备阶段，两台水升华换热器联合工作。
进一步地，所述水升华器组件启动温度不高于39℃，控温阈值区间不小于 3℃，水升华器组件控温阈值设置为[36，39]℃。
进一步地，所述自主热管理系统还包括泵驱单相流体回路，泵驱单相流体回路包括驱动组件、预埋管路、非预埋管路、流体回路分离机构、流量控制组件、加注组件及工质释放组件；
流体回路工质通过驱动组件提供的驱动力，沿非预埋管路输运至着陆上升组合体各个设备安装表面及主散热面、辅助散热面的预埋管路内，通过设备安装表面预埋管路与设备进行热交换，收集设备热耗，并通过主散热面、辅助散热面预埋管路排散热负荷；
在月面工作阶段，流体回路工质还流经水升华器组件后回到驱动组件，形成闭环回路；
加注组件用于在地面流体回路工质加注和排除；流量控制组件用于地面测试时流量调节；工质释放组件用于在轨流体回路寿命结束时向外排放流体回路工质以减轻上升器起飞重量；上升器与着陆器的非预埋管路通过一对流体回路分离机构连接，在月面起飞时自适应断开流体回路，组合体分离。
进一步地，所述驱动组件为集成泵阀组件，包括过滤器、补偿器、自控阀、两台压力传感器和两台机械泵；
过滤器、压力传感器、补偿器、自控阀和两台机械泵集成在一个模块上；所述模块有三个对外的管路接口，其中一个接口为工质入口，工质入口上方是补偿器吹除口，工质入口下游布置过滤器；所述过滤器通过管路与两台并联的机械泵相连；两台机械泵出口安装一台自控阀，自控阀用于两台机械泵切换时，防止液路短路；两台机械泵的出入口各连接一台压力传感器。
进一步地，所述预埋管路采用设备安装板或散热面结构板与蜂窝芯、T型预埋管胶结形成的结构热控一体化板。
进一步地，所述流体回路分离机构包括分离接头、压紧接头、端面密封圈以及侧面密封圈；
所述分离接头插入压紧接头内，分离接头与压紧接头之间设有侧面密封圈，同时分离接头与压紧接头的端面之间设有端面密封圈；分离接头与上升器固连，压紧接头与着陆器固连，依靠上升器与着陆器的结合力实现泵驱单相流体回路导管连通及密封。
进一步地，着陆器的电子设备布置于水升华器组件下游，着陆器辅助散热面布置于水升华器组件上游，水升华器组件布置于驱动组件上游。
进一步地，建立流体回路流动与传热综合评价模型，确定系统最小质量流率，控制管流处于低流阻高效传热性能的临界紊流流区，流体回路换热线热流密度满足系统中最大热流密度设备热量收集要求。
有益效果：
1、本发明可实现组合体热量/热沉的统一综合利用。地月转移段可集中收集各散热面热沉外热流，大幅减少热控补偿功率需求；组合体环月段可将整器设备内热耗均匀施加于各散热面排散，降低设备温度环月波动；月面采样及起飞准备期间，散热面+水升华器组合式热沉协同散热，确保月面工作段散热能力。采用散热面+水升华器构成组合式热沉，包括4种工作模式和控制策略，可同时适应解决月面高温环境大热耗散热、热负荷大幅变化、着陆器无有效散热通道与组合体散热面不足等难题，规避月尘对散热面退化的不确定性影响。
其次，通过水升华器辅助散热，可将月面阶段着陆上升组合体系统总热沉能力提高一倍，同时可大幅缓解月尘对热控涂层不确定性影响，增强系统鲁棒性及适应能力。
本发明基于主动热控体制的自主热管理系统，具有良好的内部等温性、复杂环境适应性与灵活性，可以大大降低热控对总体构型布局的反约束，有效提高热控系统的快速设计、升级与重构能力。
2、本发明泵驱单相流体回路+水升华器的主要单机产品、管路及工质大部分布置于着陆器上，上升器主动热控系统单机重量占比小于5％；月面起飞前强制排空流体回路工质，减轻了上升器起飞重量；交会对接段上升器单器采用被动热控为主的热控措施，上升器热控资源代价尽可能小，可满足苛刻指标要求。着陆上升组合体设备通过泵驱动单相流体回路线串联，利用热总线特性实现器内设备等温化，既减少了地月转移及组合体环月阴影期整器热控补偿需求，又保证在组合体环月光照期和月面工作阶段将设备热耗统一传递至散热面及水升华器进行排散，实现整体热耗/热沉的总线收集、跨器调度传输以及动态重组排散。
3、本发明构建的泵驱单相流体回路+组合体式热沉自主热管理系统，可为后续探月四期、载人登月及其它深空探测航天器热设计提供借鉴。
4、本发明集成泵阀组件为模块化设计，既减化了系统机械接口，又降低了热控重量。
5、本发明采用T型预埋管代替冷板收集设备热耗，蜂窝芯与T型预埋管胶结，形成完整的结构热控一体化板，相对传统冷板不仅重量减轻30％以上，也减少了安装空间和接口约束，较国外同类产品(火星探路者)减重30％以上。
6、本发明建立回路流动与传热综合评价模型，控制管流为临界紊流流区的低流阻高效传热性能，既使预埋管散热能力满足了设备散热要求，又使回路系统更适应力、热等环境考核。
附图说明
图1为基于组合式热沉的自主热管理系统原理图；
图2为泵驱单相流体回路系统实施效果图；
图3为集成泵阀组件示意图；
图4为基于蜂窝芯的结构热控一体化板的结构示意图；
图5为流体回路分离机构结构图。
其中，1-T型预埋管，2-结构基板蒙皮，3-着陆器预埋管，4-上升器预埋管， 5-流体回路工质，6-分离接头，7-端面密封圈，8-侧面密封圈，9-压紧接头， 10-机械泵，11-自控阀，12-压力传感器，13-补偿器，14-上升器，15-着陆器， 100-上升器主散热面热沉，200-着陆器辅助散热面热沉，300-水升华器热沉， 301-水升华换热器a，302-水升华换热器b，303-测温元件，401-集成泵阀组件， 402-流体回路分离机构Ⅰ，403-流体回路分离机构Ⅱ，404-工质排放阀，405- 流阻模拟阀，406-手动截止阀，407-加排阀Ⅰ，408-加排阀Ⅱ，409-加排阀Ⅲ，411-非预埋管路。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种基于组合式热沉的月球采样返回探测器自主热管理系统，包括“散热面+水升华器”组合式热沉及轻量化泵驱单相流体回路热总线。以CE-5着陆上升组合体为例。
1、“散热面+水升华器”组合式热沉
“散热面+水升华器”组合式热沉指在上升器布置主散热面，在着陆器表面布置辅助散热面，通过对空间热辐射方式排散热负荷；同时在着陆器布置水升华器组件，通过消耗升华工质的方式排散热负荷。
(1)上升器主散热面热沉100
上升器需经历地月转移、组合体环月段、交会对接段及月面工作段，根据外热流分析结果，上升器只有+X面(月面对天侧)可在各飞行阶段均具备一定散热能力。结合交会对接段任务需求及构型布局约束，在上升器顶板+X面按最大可能面积布置主散热面，约1.81m2。上升器+X面散热面为上升器主散热面热沉100，如图1所示，粘贴光学太阳反射器(OSR)片。
(2)着陆器辅助散热面热沉200
着陆器需经历地月转移、组合体环月段及月面工作段。根据外热流分析结果，即使在月昼高温条件下，位于上升器阴影区域内的着陆器顶板北侧仍具备一定散热能力，可布置散热面；同时着陆器+Y侧板(+Y为月球北侧)虽然在月面阶段无明显散热能力，但亦不引起热量倒灌。
综合考虑地月转移、组合体环月段及月面工作阶段任务需求，可在位于上升器阴影区域内的着陆器顶板北侧布置辅助散热面，主要用于月面工作段散热；在着陆器+Y侧板局部布置辅助散热面，主要用于组合体环月阶段热负荷排散。为避免额外功率补偿需求，应适当控制着陆器辅助散热面尺寸，达到所有飞行阶段内系统补偿功率为0的优化目标。即：
Figure RE-GDA0003060065450000081
式中：
Qin—着陆上升组合体电子设备内热耗w，in表示内部；
qP—上升器主散热面外热流密度w/m2；
qZ—着陆器辅助散热面外热流密度w/m2；
SP—上升器主散热面面积m2；
SZ—着陆器辅助散热面面积m2；
T0—流体回路工质平均温度℃；
αP—上升器主散热面太阳吸收率；
αZ—着陆器辅助散热面太阳吸收率；
εP—上升器主散热面红外发射率；
εZ—着陆器辅助散热面红外发射率；
σ—玻尔兹曼常数，5.67*10-8。
根据着陆器辅助散热面优化目标函数，结合系统其它构型约束，着陆器辅助散热面热沉200布局如下：
着陆器顶板+Y侧(北侧)，即月面阶段上升器阴影区内，布置辅助散热面，辅助散热面采用白漆SR107-ZK，约1.19m2；
着陆器+Y侧板外表面，布置辅助散热面，辅助散热面采用白漆SR107-ZK，约0.68m2。
(3)水升华器热沉300
水升华器热沉300需求主要取决于着陆上升组合体散热面外热流条件及月面工作模式。月面工作段，散热面热沉易受月尘影响导致性能退化，最恶劣情况下太阳吸收率αs可能退化至初始值3倍以上。随月面工作模式不同，组合体设备内热耗变化幅度约310～450w。
综合考虑着陆上升组合体外热流及内热耗，可得月面采样段水升华器热沉 300能力需求(考虑散热面退化)约91～295W，月面起飞前水升华器需提供超过400W热沉能力。
为适应不同任务阶段热沉需求能力变化，提高系统可靠性，水升华器组件设计有两台串联的水升华换热器，两台水升华换热器分别为水升华换热器a301 和水升华换热器b302，可单独分级使用或联合使用，提升水升华器热沉300对系统热耗变化的适应能力。
考虑到流体回路沿程温差不大于10℃，为保证月面工作段组合体设备具有足够的高温裕度(高温指标上限55℃)，水升华器启动温度不应高于39℃(即水升华换热器入口控温点温度，于水升华换热器入口处设置测温元件303)；为避免水升华器频繁启停，控温阈值区间建议不小于3℃；因此水升华器控温阈值设置为[36，39]℃。升华工质采用去离子水。
综上所述，水升华器热沉300设计如下：
水升华换热器a301和水升华换热器b302单独工作即水升华换热器a301或水升华换热器b302工作，水升华换热器入口流体回路温度40℃，可提供不低于 300W的热沉能力，用于月面采样阶段；
水升华换热器a301和水升华换热器b302联合工作，水升华换热器入口流体回路温度30℃，可提供不小于400W的热沉能力，用于月面起飞准备阶段；
水升华器控温阈值设置为[36，39]℃。
2、泵驱单相流体回路
自主热管理系统还包括泵驱单相流体回路，泵驱单相流体回路包括驱动组件、预埋管路、非预埋管路411、流体回路分离机构、流量控制组件、加注组件及工质释放组件，将电子设备、散热面及水升华器均通过流体回路热总线串联，实现内部等温化及热耗的统一收集、传输及排散。CE-5着陆上升组合体单相流体回路实施效果图如图2所示。
流体回路工质5通过驱动组件提供的驱动力，沿非预埋管路411输运至着陆上升组合体各个设备安装表面及主散热面、辅助散热面的预埋管路内，通过设备安装表面预埋管路与设备进行热交换，收集设备热耗，并通过主散热面、辅助散热面预埋管路排散热负荷；在月面工作阶段，流体回路工质5还流经水升华器组件后回到驱动组件，形成闭环回路。
加注组件用于在地面流体回路工质5加注和排除；流量控制组件用于地面测试时流量调节；工质释放组件用于在轨流体回路寿命结束时向外排放流体回路工质5以减轻上升器起飞重量；上升器14与着陆器15的非预埋管路411通过一对流体回路分离机构连接，在月面起飞时自适应断开流体回路，组合体分离。
驱动组件为集成泵阀组件401，流量控制组件为流阻模拟阀405，加注组件为加排阀Ⅰ407、加排阀Ⅱ408、加排阀Ⅲ409及手动截止阀406，工质释放组件为工质排放阀404。集成泵阀组件401的入口管路上设有流阻模拟阀405、加排阀Ⅰ407，集成泵阀组件401的出口管路上设有手动截止阀406、加排阀Ⅱ408 和工质排放阀404。集成泵阀组件401中过滤器出口处设置加排阀Ⅲ409。
(1)系统参数
流体回路系统设计涉及因素较多，其中主要约束为系统总换热量、全局等温性要求、系统流阻要求及补偿器代偿能力要求。建立流体回路流动与传热综合评价模型如下：
1)流体回路工质传热量需满足总换热量及等温性要求，据此可确定系统最小质量流率。式中Q为总换热量，Cp工质比热容，mmin为最小质量流率，ΔTf max为流体回路最大温差。
Figure RE-GDA0003060065450000111
2)管内流体回路工质应处于临界紊流流区，在保证高效传热性能的前提下系统流阻较小。式中Re为雷诺数，D为流动特征长度(圆管内径)，μ为动力粘性系数，u为管内流速，ρ为流体回路工质密度。
Figure RE-GDA0003060065450000121
3)流体回路换热线热流密度q应满足系统中最大热流密度设备热量收集要求qmax。换热线热流密度q物理意义为：传热温差为1K时单位长度预埋管的最大换热量。
q＝Nuπk>qmax (4)
式中Nu为管内努塞尔数，k为流体工质导热系数，q为流体回路换热线热流密度，qmax为最大热流密度设备换热热流密度。
根据流体回路流动与传热综合评价模型，结合着陆上升组合体系统其它约束，轻量化泵驱单相流体回路主要设计参数如下：
流体回路换热工质为全氟三乙胺；
集成泵阀组件401输出扬程不小于75kPa(常温25℃)；
流体回路系统流量90L/h；
流体回路管路内径Φ8、外径Φ10，翅片宽30mm。
(2)集成泵阀组件401设计
集成泵阀组件401包括过滤器、补偿器13、自控阀11、两台压力传感器12 和两台机械泵10，如图3所示。
过滤器、压力传感器12、补偿器13、自控阀11和两台机械泵10集成在一个模块上；该模块有三个对外的管路接口，其中一个接口为工质入口，工质入口上方是补偿器13吹除口，工质入口下游布置过滤器，用于过滤工质中意外产生的杂质；过滤器通过管路与两台并联的机械泵10相连；两台机械泵10出口安装一台自控阀11，自控阀11用于两台机械泵10切换时，防止液路短路；两台机械泵10的出入口各连接一台压力传感器12，用于监测回路的压力。集成泵阀组件401构成了一套最基本的流体回路驱动单元，将泵阀组件出入口通过导管连接起来，即可形成一套完成的闭式泵驱单相流体回路。
(3)热收集、热排散与结构一体化复用设计
为节省系统资源，采用热收集、热排散与结构的一体化复用设计方案代替传统换热冷板设计方案。在上升器安装板内预埋流体回路管路，即上升器预埋管4，在着陆器顶板北侧及+Y侧板辅助散热面结构板内预埋流体回路管路，即着陆器预埋管3。
预埋管路采用基于蜂窝芯的结构热控一体化板，如图4所示，由结构基板 (设备安装板或散热面结构板)、蜂窝芯以及预埋T型管路1组成。预埋T型管路1内嵌至结构基板之间，预埋T型管路1本体及翅片与结构基板蒙皮2胶结贴合，结构基板内填充蜂窝芯材料。预埋T型管路内充满流体回路工质5。
对于设备安装板，电子设备通过导热脂/导热垫与结构基板蒙皮2耦合安装。热量经过结构基板蒙皮2传递到T型预埋管1，再与流体回路工质5发生对流传热，实现热量搜集及传输。对于散热面结构板，热量传输方向相反，即流体回路工质5热量传递至结构基板蒙皮2，并通过热辐射方式排散至空间。
各个面板内的预埋管出入口通过非预埋导管相连，形成通路。各板之间通过U型管连接，便于拆装。
通过采用T型预埋管1与结构蜂窝板一体化设计，相对传统冷板不仅重量减轻30％以上，也减少了安装空间和接口约束。流体回路子系统在热控分系统中的重量比降低到20％以内。
(4)流动拓扑设计
流动拓扑设计主要遵循以下原则：
1)泵驱单相流体回路吸收设备热耗后工质温度上升，为保证系统设备温度均匀性，需要合理布局散热面与设备在流体回路沿程的分布，将散热面、水升华器及分布式热源穿插均匀分布。
2)为减少水升华器组件携水量，最大程度提高散热面热沉能力，将着陆器电子设备布置于水升华器组件下游，而将着陆器辅助散热面布置于水升华器组件上游，保证着陆上升组合体散热面工作温度位于较高水平。
3)为有利于集成泵阀组件401设计，将水升华器组件布置于集成泵阀组件 401上游，可以保证进入泵阀组件的工质维持在最低的温度水平，如此既保证了泵、压力传感器12等部件的寿命，又可以降低对补偿器13高温膨胀的需求，达到减重目的。
(5)两器分离及工质排放设计
相对于传统常规流体回路，月面起飞前流体回路需提前排空工质，并保证月面起飞时两器顺利分离。在着陆器底部较低位置布置了工质排放阀404，有利于排放工质。两器之间流体回路采用一对机械自适应式流体回路分离机构连接，分别为流体回路分离机构Ⅰ402、流体回路分离机构Ⅱ403。如图5所示，流体回路分离机构包括分离接头6、压紧接头9、端面密封圈7以及侧面密封圈8；分离接头6插入压紧接头9内，分离接头6与压紧接头9之间设有侧面密封圈8，同时分离接头6与压紧接头9的端面之间设有端面密封圈7；分离接头6与上升器14固连，压紧接头9与着陆器15固连，依靠上升器14与着陆器15的结合力实现泵驱单相流体回路导管连通及密封。既保证了密封的可靠性漏率，也使分离阻力足够小而不影响分离。
3、系统工作模式
随着陆上升组合体任务阶段、内热耗及外热流条件不同，基于组合式热沉的自主热管理系统共有4种工作模式和控制策略，在地月转移、组合体环月段，着陆上升组合体采用上升器主散热面和着陆器辅助散热面共同作用作为系统热沉；在月面工作段(包括月面采样段和月面起飞准备段)，采用上升器主散热面、着陆器辅助散热面和水升华器组件共同作用作为组合式热沉；在交会对接段，采用上升器主散热面作用作为单一热沉，具体参见表1。根据CE-5实际飞控数据，基于组合式热沉的月球采样返回探测器自主热管理系统在轨运行良好，月面任务期间组合体内工作电子设备温度水平不超过40℃，热负荷峰谷比超过7:1条件下，实现全任务周期内电子设备热控补偿功率为0的最优目标。
表1基于组合式热沉的自主热管理系统运行模式
Figure RE-GDA0003060065450000151
通过采用本发明所构建的基于组合式热沉的月球采样返回探测器自主热管理系统，可实现月球采样返回探测器着陆上升组合体热沉、热耗跨舱统一调整、动态重组及协同散热。针对飞行任务的核心难点——月昼正午采样高温保障问题，采用“散热面+水升华器”组合式热沉方案，在系统资源允许范围内，实现了足够的设计裕度和灵活性，圆满解决了任务需求。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于组合式热沉的月球采样返回探测器自主热管理系统，其特征在于，在上升器布置主散热面，在着陆器表面布置辅助散热面，通过对空间热辐射方式排散热负荷；同时在着陆器布置水升华器组件，通过消耗升华工质的方式排散热负荷；
在地月转移、组合体环月段，着陆上升组合体采用上升器主散热面和着陆器辅助散热面共同作用作为系统热沉；在月面工作段，采用上升器主散热面、着陆器辅助散热面和水升华器组件共同作用作为组合式热沉；在交会对接段，采用上升器主散热面作用作为单一热沉。
2.如权利要求1所述的基于组合式热沉的月球采样返回探测器自主热管理系统，其特征在于，在上升器顶板+X面按最大可能面积布置主散热面，+X为月面对天侧；在着陆器顶板北侧及+Y侧板布置辅助散热面，所述辅助散热面面积满足所有飞行阶段内系统补偿功率为0的优化目标，+Y为月球北侧。
3.如权利要求1所述的基于组合式热沉的月球采样返回探测器自主热管理系统，其特征在于，水升华器组件包括两台串联的水升华换热器；月面采样阶段，其中一台水升华换热器单独工作；月面起飞准备阶段，两台水升华换热器联合工作。
4.如权利要求1所述的基于组合式热沉的月球采样返回探测器自主热管理系统，其特征在于，所述水升华器组件启动温度不高于39℃，控温阈值区间不小于3℃，水升华器组件控温阈值设置为[36，39]℃。
5.如权利要求1所述的基于组合式热沉的月球采样返回探测器自主热管理系统，其特征在于，所述自主热管理系统还包括泵驱单相流体回路，泵驱单相流体回路包括驱动组件、预埋管路、非预埋管路、流体回路分离机构、流量控制组件、加注组件及工质释放组件；
流体回路工质通过驱动组件提供的驱动力，沿非预埋管路输运至着陆上升组合体各个设备安装表面及主散热面、辅助散热面的预埋管路内，通过设备安装表面预埋管路与设备进行热交换，收集设备热耗，并通过主散热面、辅助散热面预埋管路排散热负荷；
在月面工作阶段，流体回路工质还流经水升华器组件后回到驱动组件，形成闭环回路；
加注组件用于在地面流体回路工质加注和排除；流量控制组件用于地面测试时流量调节；工质释放组件用于在轨流体回路寿命结束时向外排放流体回路工质以减轻上升器起飞重量；上升器与着陆器的非预埋管路通过一对流体回路分离机构连接，在月面起飞时自适应断开流体回路，组合体分离。
6.如权利要求5所述的基于组合式热沉的月球采样返回探测器自主热管理系统，其特征在于，所述驱动组件为集成泵阀组件，包括过滤器、补偿器、自控阀、两台压力传感器和两台机械泵；
过滤器、压力传感器、补偿器、自控阀和两台机械泵集成在一个模块上；所述模块有三个对外的管路接口，其中一个接口为工质入口，工质入口上方是补偿器吹除口，工质入口下游布置过滤器；所述过滤器通过管路与两台并联的机械泵相连；两台机械泵出口安装一台自控阀，自控阀用于两台机械泵切换时，防止液路短路；两台机械泵的出入口各连接一台压力传感器。
7.如权利要求5所述的基于组合式热沉的月球采样返回探测器自主热管理系统，其特征在于，所述预埋管路采用设备安装板或散热面结构板与蜂窝芯、T型预埋管胶结形成的结构热控一体化板。
8.如权利要求5所述的基于组合式热沉的月球采样返回探测器自主热管理系统，其特征在于，所述流体回路分离机构包括分离接头、压紧接头、端面密封圈以及侧面密封圈；
所述分离接头插入压紧接头内，分离接头与压紧接头之间设有侧面密封圈，同时分离接头与压紧接头的端面之间设有端面密封圈；分离接头与上升器固连，压紧接头与着陆器固连，依靠上升器与着陆器的结合力实现泵驱单相流体回路导管连通及密封。
9.如权利要求5所述的基于组合式热沉的月球采样返回探测器自主热管理系统，其特征在于，着陆器的电子设备布置于水升华器组件下游，着陆器辅助散热面布置于水升华器组件上游，水升华器组件布置于驱动组件上游。
10.如权利要求5所述的基于组合式热沉的月球采样返回探测器自主热管理系统，其特征在于，建立流体回路流动与传热综合评价模型，确定系统最小质量流率，控制管流处于低流阻高效传热性能的临界紊流流区，流体回路换热线热流密度满足系统中最大热流密度设备热量收集要求。
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