CN115876838B - 用于气凝胶材料在轨隔热性能及老化特性测试的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于气凝胶材料在轨隔热性能及老化特性测试的装置，包括基座以及安装于所述基座上的测试系统。其中，所述测试系统包括：冷端组件、热端组件、测试组件、样品隔热组件和样品固定组件；所述冷端组件作为向空间散热的通道，并与所述基座本体之间隔热安装；所述测试组件分别固化在冷热端组件的胶池结构内以及热端组件的外表面；所述样品隔热组件包覆在所述热端组件的外表面，并与所述冷端组件和所述热端组件共同形成用于充盈安装样本组件的空间；所述样品固定组件将所述测试系统内各部分进行整体固定。本发明结构简单、重量轻、体积小，可实现系统低功耗条件下热源可调可控的在轨高效集成测试效果。
Description
技术领域
本发明涉及航天热控技术领域，具体地，涉及一种用于气凝胶材料在轨隔热性能及老化特性测试的装置。
背景技术
随着空间天文科学的发展，探寻“一黑、两暗、三起源”等航天器工程正逐步进入到项目研制阶段，此类载荷探测器的热稳定性指标相比于现有航天器热控技术水平高出至少两个量级，例如，空间引力波探测器对载荷提出了特定频段μK级的温度的稳定需求，需要研制出隔热性能好且长期稳定的隔热材料以实现超稳热环境。同时，随着金星、抵近太阳等深空项目的不断推进，航天器将面临外部更加复杂和恶劣的热流环境，最高的热通量可以达到106W/m2量级，这对航天器系统的外部热控材料的隔热性能提出了更高的要求。
根据项目提出的实际需求，众多科研单位开展了新材料的研发工作。气凝胶材料具有轻质、耐高温、隔热好、易实施的特点，是下一代航天器新型隔热材料的重要选择之一，为解决以上科学问题提供了可行的技术路线。传统的材料试验通常在实验室或者真空环境模拟器中完成，无法提供长期的失重、深低温、高真空、辐照等空间环境条件。同时，在空间条件下，气凝胶的介孔特性与析气特性会受到失重及真空的影响，因而表现出独特的隔热性能及老化特性。目前，该材料在我国航天领域的应用尚处于起步阶段，没有充足的实践数据。因此，结合以上因素，有必要设计用于气凝胶材料隔热性能测试及老化特性试验的装置，使其在航天级工程化应用前进行专项在轨验证。
目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种用于气凝胶材料在轨隔热性能及老化特性测试的装置。
本发明提供的用于气凝胶材料在轨隔热性能及老化特性测试的装置，包括：基座以及可拆卸地安装于所述基座上的测试系统；其中：
所述基座包括：基座本体、基座安装隔热垫圈、多层隔热组件和基座内部热环境测温点；所述基座本体与航天器舱板之间通过所述基座安装隔热垫圈安装，所述多层隔热组件分别包覆在所述基座本体的外侧表面、内部表面以及所述基座本体之间的航天器舱板上，所述基座内部热环境测温点布置于所述基座本体的内部的多层隔热组件表面；
所述测试系统包括：冷端组件、热端组件、测试组件、样品隔热组件和样品固定组件；其中：
所述冷端组件作为向空间散热的通道，并与所述基座本体之间隔热安装；
所述测试组件分别固化在所述冷端组件和热端组件的胶池结构内以及热端组件的外表面；
所述样品隔热组件包覆在所述热端组件的外表面，并与所述冷端组件和所述热端组件共同形成用于充盈安装样本组件的空间；
所述样品固定组件将样本组件以及所述冷端组件、热端组件、测试组件和样品隔热组件进行整体固定。
优选地，所述基座本体包括如下任意一项或任意多项：
- 所述基座本体整体为圆形中空柱体结构，并采用铝合金材料制备得到；
- 所述基座本体外侧面配置电加热器与温度测点，通过对所述基座本体进行闭环温度控制，实现所述基座本体的环境温度控制功能。
- 所述基座本体设置有四象限对称螺钉孔，所述基座安装隔热垫圈分别设置于所述螺钉孔处，用于进行隔热安装；其中任意一个所述螺钉孔用于安装接地片使所述基座本体接入卫星基准地，使所述基座本体与所述航天器舱板保持等电位。
优选地，所述多层隔热组件包括如下任意一项或任意多项：
- 设置于所述基座本体外侧表面的第一组所述多层隔热组件由15单元热控材料组成并接地，第一组所述多层隔热组件的外表面设有打孔F46镀银二次表面镜热控材料层；
- 设置于所述基座本体内部表面和所述航天器舱板上的第二组所述多层隔热组件由10单元热控材料组成并接地，第二组所述多层隔热组件的外表面设有打孔双面镀铝聚酯薄膜热控材料层。
优选地，所述基座内部热环境测温点采用热敏电阻；所述热敏电阻为两个，分别布置在位于所述测试系统下方的航天器舱板和基座本体内侧表面上的多层隔热组件上，两个所述热敏电阻表面覆盖镀铝膜，采集的温度用于表征基座内部热环境，作为环境温度参考和监视数据。
优选地，所述冷端组件包括：冷端主体、冷端组件安装隔热垫和散热面热控涂层；其中，所述冷端主体上设置有用于固定所述样品固定组件的出线孔以及用于与所述基座本体连接的安装孔，所述冷端组件安装隔热垫分别设置于所述安装孔处，所述散热面热控涂层喷涂在所述冷端主体的外表面；所述冷端主体的内表面还设置有胶池结构并开有倒圆角的走线槽。
优选地，所述冷端主体整体为圆盘结构，并采用铜材料制备得到；
所述圆盘结构上设有与所述圆盘结构同心设置的圆形凸起，所述圆形凸起的内部形成胶池结构；
所述出线孔倒圆角，并以所述圆盘结构中心等角度分布设置；
所述走线槽设置于所述圆形凸起上，并沿所述圆盘结构中心等角度分布设置。
优选地，所述热端组件包括：热端主体以及设置于所述热端主体上的开有走线槽的胶池结构。
优选地，所述热端主体整体为圆盘结构，并采用铜材料制备得到；
所述圆盘结构上设有与所述圆盘结构同心设置的圆形凸起，所述圆形凸起的内部形成胶池结构；
所述走线槽倒圆角，并设置于所述圆形凸起上，沿所述圆盘结构中心等角度分布设置。
优选地，所述测试组件包括：加热器和冷端与热端测温热敏电阻；其中，所述加热器通过导热硅橡胶固化在所述热端组件的外表面，所述冷端与热端测温热敏电阻分别固定在所述冷端组件的胶池结构和所述热端组件的胶池结构内，采用导热硅橡胶灌封并与样本组件固化连接。
优选地，所述测试组件还包括如下任意一项或任意多项：
- 所述加热器采用聚酰亚胺薄膜型康铜双层双回路电加热器；
- 所述冷端与热端测温热敏电阻在冷端组件与热端组件的胶池结构内各布置三个，分别布置在冷端组件与热端组件的中心位置、半径中心位置和靠近半径外端点位置，并保证冷端组件与热端组件上的布置位置相互对应，用于全面监测样品组件的热均匀性；
- 所述冷端与热端测温热敏电阻从胶池结构不同的走线槽进行走线，从走线槽出线后，所述测试系统的所有测试线汇总到冷端组件上，并通过所述基座本体与所述测试系统之间的间隙将测试线引出；所有测试线与所述基座本体之间不进行固定连接，实现所述测试系统与基座之间解耦设计。
优选地，所述样品隔热组件由10单元热控材料组成，其外表面设有打孔双面镀铝聚酯薄膜热控材料层；所述样品隔热组件与所述冷端组件的冷端主体等电位接地，所述冷端组件的冷端主体接入卫星基准地，并保持与航天器舱板等电位。
优选地，所述样品固定组件包括：绑扎线，所述绑扎线以对称方式将样本组件以及所述冷端组件、热端组件、测试组件和样品隔热组件进行整体固定，并采用硅橡胶对出线孔进行封堵，与所述绑扎线接触的所述样品隔热组件的边缘与中心位置采用硅橡胶进行点胶处理。
由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比，具有如下至少一项的有益效果：
本发明提供的用于气凝胶材料在轨隔热性能及老化特性测试的装置，结构组成简单，尺寸小巧，可以一星多载，能够实现多个样品同时在轨试验。
本发明提供的用于气凝胶材料在轨隔热性能及老化特性测试的装置，采用基座和测试系统之间的解耦设计，可以随时更换样品测试系统。
本发明提供的用于气凝胶材料在轨隔热性能及老化特性测试的装置，测试组件的测试线可以采用航天标准化接插件与卫星对接，做到即插即用。
本发明提供的用于气凝胶材料在轨隔热性能及老化特性测试的装置，测试组件与卫星的采集、控制接口的通道数较少，系统功耗小，不占用过多星上资源。
本发明提供的用于气凝胶材料在轨隔热性能及老化特性测试的装置，样品厚度尺寸在一定范围内可调，满足各类样品的加工和测试需求。
本发明提供的用于气凝胶材料在轨隔热性能及老化特性测试的装置，热端加热器采用双通道加热，一方面实现不同加热功率可调，另一方面加强加热通道的可靠性。
本发明提供的用于气凝胶材料在轨隔热性能及老化特性测试的装置，可对样品进行固定温度目标的闭环温控加热，通过卫星下传的加热器开关状态数据进行平均控温功耗计算。
本发明提供的用于气凝胶材料在轨隔热性能及老化特性测试的装置，选择了宇宙背景或者绕行天体作为恒定冷源，测试数据具有优异的稳定性和规律性。
本发明提供的用于气凝胶材料在轨隔热性能及老化特性测试的装置，采用的材料均为宇航级，温度范围可以测量到-100℃~150℃。
本发明提供的用于气凝胶材料在轨隔热性能及老化特性测试的装置，放置于卫星外部，不占用舱内宝贵的空间资源，对安装位置环境没有严苛的要求。
本发明提供的用于气凝胶材料在轨隔热性能及老化特性测试的装置，安装方式简单，与卫星绝热安装，重量较轻，对卫星的力热特性影响较小，因此装置搭载和安装时机柔性灵活。
本发明提供的用于气凝胶材料在轨隔热性能及老化特性测试的装置，其中的样品仅通过测试系统的冷端组件安装固定，此种方式可以避免外部结构与样品的接触导热，减少数据的干扰因素。
本发明提供的用于气凝胶材料在轨隔热性能及老化特性测试的装置，其样品热端漏热少量且状态明确，可以根据使用的导线型号进行漏热计算。
本发明提供的用于气凝胶材料在轨隔热性能及老化特性测试的装置，其样品热端、冷端主体为铜质，可以实现样品径向均匀扩热。
本发明提供的用于气凝胶材料在轨隔热性能及老化特性测试的装置，其样品为圆柱体，在样品冷端、热端的中心、半径中心、临近半径边缘点（外端点）位置设置了测温点，进行样品的温度分布和热量扩散监视。
本发明提供的用于气凝胶材料在轨隔热性能及老化特性测试的装置，其当前在轨数据能够与初期在轨数据进行实时比对，随时掌握样品导热率退化情况。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明一优选实施例中用于气凝胶材料在轨隔热性能及老化特性测试的装置的组成结构立体图。
图2为本发明一优选实施例中用于气凝胶材料在轨隔热性能及老化特性测试的装置的组成结构剖面图。
图3为本发明一优选实施例中胶池结构、走线槽以及测温点位置示意图。
图中，1为基座，2为测试系统，1-1为基座本体，1-2为基座安装隔热垫圈，1-3为多层隔热组件，1-4为基座内部热环境测温点，2-1为样品组件，2-2为冷端组件，2-3为热端组件，2-4为测试组件，2-5为样品隔热组件，2-6为样品固定组件，2-7为圆形凸起，2-8为走线槽，2-9为出线孔，2-2-1为冷端主体，2-2-2为冷端组件安装隔热垫，2-2-3为散热面热控涂层，2-4-1为加热器，2-4-2为灌封冷端与热端测温热敏电阻的导热硅橡胶，2-4-3为冷端与热端测温热敏电阻，3为航天器舱板，A、B、C分别为测温点位置，D为胶池。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
本发明一实施例提供了一种用于气凝胶材料在轨隔热性能及老化特性测试的装置，该装置克服了常规试验中的气凝胶材料介孔与析气特性因无失重条件而无法准确测试的缺陷，避免了测试系统内接触漏热以及复杂热环境对导热率测试的影响，实现了系统低功耗情况下热源可调可控的功能，解决了加热测试系统与样品、散热结构高效集成的难题，提升了气凝胶空间条件下导热率及老化特性长期监测与调节分析的能力。
如图1和图2所示，该实施例提供的用于气凝胶材料在轨隔热性能及老化特性测试的装置，可以包括：基座1以及可拆卸地安装于基座1上的测试系统2；其中：
基座1包括：基座本体1-1、基座安装隔热垫圈1-2、多层隔热组件1-3和基座内部热环境测温点1-4；基座本体1-1与航天器舱板3之间通过基座安装隔热垫圈1-2安装，多层隔热组件1-3分别包覆在基座本体1-1的外侧表面、内部表面以及基座安装隔热垫圈1-2之间的航天器舱板3上，基座内部热环境测温点1-4布置于基座本体1-1的内部的多层隔热组件1-3表面；
测试系统2包括：冷端组件2-2、热端组件2-3、测试组件2-4、样品隔热组件2-5和样品固定组件2-6；其中：
冷端组件2-2作为向空间散热的通道，并与基座本体1-1之间隔热安装；
测试组件2-4固化在冷端组件2-2和热端组件2-3的胶池结构内以及热端组件2-3的外表面；
样品隔热组件2-5包覆在热端组件2-3的外表面，并与冷端组件2-2和热端组件2-3共同形成用于充盈安装样本组件2-1的空间；
样品固定组件2-6将样品组件2-1以及冷端组件2-2、热端组件2-3、测试组件2-4和样品隔热组件2-5进行整体固定。
在一优选实施例中，基座本体1-1整体为圆形中空柱体结构，并采用铝合金材料制备得到。
在一优选实施例中，基座本体1-1外侧面配置电加热器与温度测点，可以通过卫星软件进行闭环温度控制，该配置使基座具备了环境温度控制的功能。
在一优选实施例中，基座本体1-1设置有四象限对称螺钉孔，基座安装隔热垫圈1-2分别设置于螺钉孔处，用于进行隔热安装；其中任意一个螺钉孔用于安装接地片使基座本体接入卫星基准地，使基座本体1-1与航天器舱板3保持等电位。
在一优选实施例中，设置于基座本体1-1外侧表面的第一组多层隔热组件1-3 由15单元热控材料组成并接地，第一组多层隔热组件1-3的外表面设有打孔F46镀银二次表面镜热控材料层。
在一优选实施例中，设置于基座本体1-1内部表面和航天器舱板3上的第二组多层隔热组件1-3由10单元热控材料组成并接地，第二组多层隔热组件1-3的外表面设有打孔双面镀铝聚酯薄膜热控材料层。
在一优选实施例中，基座内部热环境测温点1-4采用热敏电阻。该热敏电阻有两个，并分别布置在位于测试系统2下方的航天器舱板3和基座本体1-1内侧表面上的多层隔热组件1-3上（这两个位置也分别是从测试系统2侧视和正视方向下方的多层隔热组件1-3上），这两个热敏电阻表面覆盖低发射率的镀铝膜，这两个位置的热敏电阻采集的温度用于很好地表征基座内部热环境，作为环境温度参考和监视数据，起到了很好的环境温度参考和监视作用。
在一优选实施例中，冷端组件2-2包括：冷端主体2-2-1、冷端组件安装隔热垫2-2-2和散热面热控涂层2-2-3；其中，冷端主体2-2-1上设置有用于固定样品固定组件2-6的出线孔2-9以及用于与基座本体1-1连接的安装孔，冷端组件安装隔热垫2-2-2分别设置于安装孔处，散热面热控涂层2-2-3喷涂在冷端主体2-2-1的外表面；冷端主体2-2-1的内表面还设置有胶池结构并开走线槽，走线槽倒圆角，以防止在运载发射段由于振动对测试线造成机械损伤。
在一优选实施例中，冷端主体2-2-1整体为圆盘结构，圆盘结构上设有与圆盘结构同心设置的圆形凸起，圆形凸起的内部形成胶池结构；
出线孔2-9以圆盘结构中心等角度分布设置，出线孔2-9倒圆角，以防止在运载发射段由于振动对样品固定组件2-6造成机械损伤；
走线槽设置于圆形凸起上，并沿圆盘结构中心等角度分布设置。如图3所示。
在一优选实施例中，热端组件2-3包括：热端主体以及设置于热端主体上的开有走线槽的胶池结构。
在一优选实施例中，热端主体整体为圆盘结构，并采用铜材料制备得到；
圆盘结构上设有与圆盘结构同心设置的圆形凸起，圆形凸起的内部形成胶池结构；
走线槽设置于圆形凸起上，并沿圆盘结构中心等角度分布设置，走线槽倒圆角，以防止在运载发射段由于振动对测试线造成机械损伤。如图3所示。
在一优选实施例中，测试组件2-4包括：加热器2-4-1和冷端与热端测温热敏电阻2-4-3；其中，加热器2-4-1通过导热硅橡胶（由于该导热硅橡胶层太薄，因此在图中没有显示）固化在热端组件2-3的外表面，冷端与热端测温热敏电阻2-4-3分别固定在冷端组件2-2的胶池结构和热端组件2-3的胶池结构内，采用导热硅橡胶2-4-2灌封并与样本组件2-1固化连接。如图3所示。
在一优选实施例中，加热器2-4-1采用聚酰亚胺薄膜型康铜双层双回路电加热器。
在一优选实施例中，冷端与热端测温热敏电阻位置相互对应。
在一优选实施例中，冷端与热端测温热敏电阻2-4-3在冷端组件与热端组件的胶池结构内各布置三个，如图3所示，并分别布置在样品组件冷端与热端的中心位置、半径中心位置和临近（靠近）半径外端点位置，并且保证冷端组件上的测点位置与热端组件上的测温位置相互对应，用以全面监测样品组件的热均匀性。
在一优选实施例中，冷端与热端测温热敏电阻2-4-3从胶池结构不同的走线槽进行走线，如图3所示，从走线槽出线后，测试系统2的所有测试线汇总到冷端组件2-2上并通过基座本体1-1与测试系统2之间的间隙将测试线引出；所有测试线与基座1之间没有任何固定连接，做到了测试系统2与基座1的解耦设计。
在一优选实施例中，样品隔热组件2-5由10单元热控材料组成，其外表面设有打孔双面镀铝聚酯薄膜热控材料层；样品隔热组件2-5与冷端组件2-2的冷端主体2-2-1等电位接地，冷端主体2-2-1接入卫星基准地，保持与航天器舱板3等电位。
在一优选实施例中，样品固定组件2-6包括：绑扎线，绑扎线以对称方式将样品组件2-1以及冷端组件2-2、热端组件2-3、测试组件2-4和样品隔热组件2-5进行整体固定，并采用硅橡胶对出线孔2-9进行封堵，与绑扎线接触的隔热组件2-5边缘与中心位置采用硅橡胶进行点胶处理。
下面结合一具体应用实例，对本发明上述实施例提供的技术方案进一步说明。
请同时参阅图1至图3。在该具体应用实例中，用于气凝胶材料在轨隔热性能及老化特性测试的装置，包括：基座1和测试系统2两大部分。
基座1的部分包含了基座本体1-1、基座安装隔热垫圈1-2、多层隔热组件1-3、基座内部热环境测温点1-4。基座本体与航天器采用隔热垫圈安装，多层隔热组件包覆在基座本体外侧表面、内部表面及隔热垫圈中心的航天器舱板3上，环境测温点布置于基座内侧面多层表面。
进一步地，在基座1中：
（1）基座本体1-1采用铝合金材料，圆形中空柱体，壁厚3mm，主体内有效直径81mm，内部有效高度53mm。
（2）基座底部通过5mm厚隔热垫圈1-2与卫星本体进行隔热安装。
（3）基座设置四象限对称螺钉孔，四个M4安装螺钉与基座均采用3mm隔热垫1-2进行隔热安装，选择其中一个螺钉安装接地片使基座接入整星地。
（4）基座内外表面及隔热垫圈中空部分间采用多层隔热组件1-3进行隔热包覆，多层隔热组件做好接地。
1）基座外壁的多层隔热组件为15单元，其外表面为50μm厚的F46度银二次表面镜，目的是防止卫星、轨道外部环境对基座的热流影响。
2）基座内壁及隔热垫圈中间的多层隔热组件为10单元，其外表面为16μ厚的双面镀铝聚酯薄膜，目的是防止基座内部环境与测试系统产生辐射换热。
（5）基座内壁多层外表面设置热敏电阻1-42个，目的是进行基座内部的热环境监视。
测试系统2的部分包含了冷端组件2-2、热端组件2-3、测试组件2-4、样品隔热组件2-5、样品固定组件2-6。
（1）冷端组件2-2由冷端主体2-2-1，冷端组件安装隔热垫2-2-2、散热面热控涂层2-2-3组成。冷端主体设置了用于样品固定绑扎线的出线孔及螺钉安装孔，外表面喷涂热控涂层，内表面设置胶池结构并开走线槽，冷端主体分别与基座本体、螺钉之间隔热安装；
（2）热端组件2-3由热端主体组成，在热端主体设置胶池结构并开走线槽；
（3）测试组件2-4由聚酰亚胺薄膜型康铜双层双回路电加热器2-4-1、导热硅橡胶2-4-2、冷端与热端测温热敏电阻2-4-3组成。加热器通过导热硅橡胶固化在热端组件外表面，测温热敏电阻分别固定在冷端、热端主体的胶池内，胶池内采用导热硅橡胶灌封并与样品本体固化连接；
（4）样品隔热组件2-5由不同位置的多层隔热组件组成。在样品侧面及热端主体外表面包覆多层隔热组件。
（5）样品固定组件2-6由绑扎线组成。在冷端组件和样品隔热组件之间通过绑扎线固定，固定之后，用硅橡胶对出线孔进行封堵，用硅橡胶对多层隔热组件与绑扎线接触位置进行点胶固定。
进一步地，在测试系统2中：
（1）样品组件2-1充盈安装于通过冷端组件2-2、热端组件2-3和样品隔热组件2-5所构成的安装空间内：
1）根据基座内有效直径按要求，样品为圆柱状，直径最大不超过60mm。
2）根据基座有效高度要求，样品厚度最大不超过40mm。
（2）冷端组件2-2：
1）该组件是与基座连接的主体，也是向空间散热的通道。
2）该组件主体由一块直径102mm厚2mm的铜板2-2-1构成。
3）该组件设置四象限对称螺钉孔，四个M3安装螺钉分别与基座、冷端结构均采用3mm隔热垫圈2-2-2进行隔热安装，目的是最大减少螺钉与基座、冷端结构之间的漏热，选择其中一个螺钉安装接地片使该组件接入卫星基准地。
4）该组件外表面喷涂航天器常用的高发射率、低吸辐比的热控涂层S7812-2-3。
5）该组件内表面设置3mm高的圆形凸起，形成直径62mm的胶池，圆形凸起以圆盘中心等角度缘开走线槽四个，槽宽3mm，槽边缘设计倒角，以方便测温点从胶池可靠出线。
6）该组件以圆盘为中心设置6个等角度分布的出线孔，对称的孔中心距离为76mm，孔直径均为2mm，用于绑扎线固定。
（3）热端组件2-3：
1）该组件由0.5mm厚的铜板盖构成，铜板外径63mm。
2）该组件边缘设置2.5mm高的圆形凸起，形成直径62mm的胶池，圆形凸起以圆盘中心等角度缘开走线槽6个，槽宽3mm，槽边缘设计倒角，以方便测温点从胶池可靠出线。
（4）测试组件2-4：
1）热端背面设置直径为60mm的聚酰亚胺薄膜型康铜双层双回路加热器2-4-1，单通道加热功率3W，该加热器采用硅橡胶粘贴固化在热端组件外侧，采用可调节的加热器供电方式，供电稳定在28V±0.1V。
2）冷端采用三个热敏电阻并固定在胶池中心（如图3中A点位置）、半径中心（如图3中B点位置）、临近半径边缘点（外端点）位置（如图3中C点位置），采用导热硅橡胶2-4-2灌封在冷端胶池内。
3）热端采用三个热敏电阻并固定在胶池中心、半径中心、临近半径边缘点（外端点）位置，采用导热硅橡胶2-4-2灌封在冷端胶池内，位置与冷端测点位置相互对应。
（5）样品隔热组件2-5分为两部分，多层隔热组件做好接地：
1）冷端组件内表面除了样品区域包覆10单元多层隔热组件，外表面为16μm双面镀铝聚酯薄膜；
2）热端及样品侧面包覆15单元多层隔热组件，外表面为16μm双面镀铝聚酯薄膜；
（6）样品固定组件2-6：
在冷端组件和多层隔热组件之间，采用对称方式通过冷端组件上的出线孔进行绑扎固定，加固样品和测试系统的力学性能，固定之后，用硅橡胶对出线孔及多层绑扎位置进行封堵。
采用该具体应用实例提供的用于气凝胶材料在轨隔热性能及老化特性测试的装置，采用了热平板测试方法进行在轨导热率测试和监视，其测试方法，包括：
步骤1，在轨打开加热器或进行闭环温度目标控制，期间监视测试系统内测点温度分布；
步骤2，通过数传方式将卫星记录的测试数据下传至地面；
步骤3，得到测试数据后，进行测试样品的隔热性能及老化特性分析，气凝胶的导热率公式如下：
公式中：
（1）λ为测试样品的导热率，单位为W/m·k，该数值表征气凝胶材料隔热性能；
（2）Q总为测试系统中的总加热功率，单位为W，该功率在轨可以调整；
（3）Q漏为测试系统漏热功率，单位为W，该数值与测试系统内实际布局有关并经过漏热分析得到；
（4）δ为样品厚度，单位为m，该数值通过样品测量得到；
（5）A为样品热传导截面积，单位为m2，该数值通过样品测量得到；
（6）ΔT为样品组件冷热端平均温差，单位为K，该数值通过在轨2-4-3冷热端热敏电阻的采集温度平均值做差得到。
测试样品的隔热性能可以通过导热率表征，导热率越小代表材料的隔热性能越好。
经过长期的在轨数据积累，能够得到时间连续的导热率曲线，通过对导热率曲线的趋势分析，可以得到当前导热率相对初始状态导热率的偏差，这个偏差可以表征测试样品在测试期间的隔热性能老化特性。典型的测试时间一般持续3-5年。老化性能表达公式：
公式中：
（1）λ老化为测试样品的隔热性能老化性能，单位为W/m·k/年；
（2）λ当前为测试样品当前的在轨测试导热率，通过前一个公式计算得到；
（3）λ初期为测试样品初期的在轨测试导热率，通过前一个公式计算得到；
（4）Δτ为当前与初期的时间差，以年为主要计算时间。
得到的数值越小，代表测试样品的隔热性能抗老化能力越强。
本发明上述实施例提供的用于气凝胶材料在轨隔热性能及老化特性测试的装置，样品组件处于冷端组件、热端组件的中间位置，通过导热硅橡胶连接固定并采用捆扎线集成加固。在热端加热和冷端散热过程中，样品冷热端可以形成稳定的温差，从而得到样品导热率以及长期在轨老化趋势。本装置结构简单、重量轻、体积小，可实现系统低功耗条件下热源可调可控的高效集成测试效果。
本发明上述实施例提供的用于气凝胶材料在轨隔热性能及老化特性测试的装置，结构组成简单，尺寸小巧，可以一星多载，能够实现多个样品同时在轨试验；采用基座部分和样品测试系统之间的解耦设计，可以随时更换样品测试系统；对外接口可以做到标准化接插件，做到即插即用；电接口通道数较少，系统功耗小，不占用过多星上资源；样品厚度尺寸在一定范围内可调，满足各类样品的加工和测试需求；热端加热器采用双通道加热，一方面实现不同加热功率可调，另一方面加强加热通道的可靠性；利用聚酰亚胺薄膜型康铜双层双回路电加热器（加热执行）、测试系统内的热敏电阻（温度采集）以及控制逻辑算法（通过卫星上的软件实现），可对样品进行固定温度目标的闭环温控加热，通过卫星下传的加热器开关状态数据进行平均控温功耗计算；选择了宇宙背景或者绕行天体作为恒定冷源，测试数据具有优异的稳定性和规律性；采用的材料均为宇航级，温度范围可以测量到-100℃~150℃；放置于卫星外部，不占用舱内宝贵的空间资源，对安装位置环境没有严苛的要求；安装方式简单，与卫星绝热安装，重量较轻，对卫星的力热特性影响较小，因此装置搭载和安装时机柔性灵活；其中的样品仅通过测试系统的冷端组件安装固定，此种方式可以避免外部结构与样品的接触导热，减少数据的干扰因素；其样品热端漏热少量且状态明确，可以根据使用的导线型号进行漏热计算；其样品热端、冷端主体为铜质，可以实现样品径向均匀扩热；其样品为圆柱体，在样品冷端、热端的中心、半径中心、临近半径边缘点位置设置了测温点，进行样品的温度分布和热量扩散监视；其在轨数据能够与地面试验数据进行比对，随时掌握样品导热率退化情况。
本发明上述实施例中未尽事宜均为本领域公知技术。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (11)
1.一种用于气凝胶材料在轨隔热性能及老化特性测试的装置，其特征在于，包括：基座（1）以及可拆卸地安装于所述基座（1）上的测试系统（2）；其中：
所述基座（1）包括：基座本体（1-1）、基座安装隔热垫圈（1-2）、多层隔热组件（1-3）和基座内部热环境测温点（1-4）；所述基座本体（1-1）与航天器舱板（3）之间通过所述基座安装隔热垫圈（1-2）安装，所述多层隔热组件（1-3）分别包覆在所述基座本体（1-1）的外侧表面、内部表面以及所述基座本体（1-1）之间的航天器舱板（3）上，所述基座内部热环境测温点（1-4）布置于所述基座本体（1-1）的内部的多层隔热组件（1-3）表面；
所述测试系统（2）包括：冷端组件（2-2）、热端组件（2-3）、测试组件（2-4）、样品隔热组件（2-5）和样品固定组件（2-6）；其中：
所述冷端组件（2-2）作为向空间散热的通道，并与所述基座本体（1-1）之间隔热安装；
所述测试组件（2-4）分别固化在所述冷端组件（2-2）和热端组件（2-3）的胶池结构内以及热端组件（2-3）的外表面；
所述测试组件（2-4）包括：加热器（2-4-1）、和冷端与热端测温热敏电阻（2-4-3）；其中，所述加热器（2-4-1）通过导热硅橡胶固化在所述热端组件（2-3）的外表面，所述冷端与热端测温热敏电阻（2-4-3）分别固定在所述冷端组件（2-2）的胶池结构和所述热端组件（2-3）的胶池结构内，采用导热硅橡胶灌封并与样本组件（2-1）固化连接；所述样品隔热组件（2-5）包覆在所述热端组件（2-3）的外表面，并与所述冷端组件（2-2）和所述热端组件（2-3）共同形成用于充盈安装样本组件（2-1）的空间；
所述样品固定组件（2-6）将样本组件（2-1）以及所述冷端组件（2-2）、热端组件（2-3）、测试组件（2-4）和样品隔热组件（2-5）进行整体固定。
2.根据权利要求1所述的用于气凝胶材料在轨隔热性能及老化特性测试的装置，其特征在于，所述基座本体（1-1）包括如下任意一项或任意多项：
- 所述基座本体（1-1）整体为圆形中空柱体结构，并采用铝合金材料制备得到；
- 所述基座本体（1-1）外侧面配置电加热器与温度测点，通过对所述基座本体（1-1）进行闭环温度控制，实现所述基座本体的环境温度控制功能；
- 所述基座本体（1-1）设置有四象限对称螺钉孔，所述基座安装隔热垫圈（1-2）分别设置于所述螺钉孔处，用于进行隔热安装；其中任意一个所述螺钉孔用于安装接地片使所述基座本体接入卫星基准地，使所述基座本体（1-1）与所述航天器舱板（3）保持等电位。
3.根据权利要求1所述的用于气凝胶材料在轨隔热性能及老化特性测试的装置，其特征在于，所述多层隔热组件（1-3）包括如下任意一项或任意多项：
- 设置于所述基座本体（1-1）外侧表面的第一组所述多层隔热组件（1-3）由15单元热控材料组成并接地，第一组所述多层隔热组件（1-3）的外表面设有打孔F46镀银二次表面镜热控材料层；
- 设置于所述基座本体（1-1）内部表面和所述航天器舱板（3）上的第二组所述多层隔热组件（1-3）由10单元热控材料组成并接地，第二组所述多层隔热组件（1-3）的外表面设有打孔双面镀铝聚酯薄膜热控材料层。
4.根据权利要求1所述的用于气凝胶材料在轨隔热性能及老化特性测试的装置，其特征在于，所述基座内部热环境测温点（1-4）采用热敏电阻；所述热敏电阻为两个，分别布置在位于所述测试系统（2）下方的航天器舱板（3）和基座本体（1-1）内侧表面上的多层隔热组件（1-3）上，两个所述热敏电阻表面覆盖镀铝膜，采集的温度用于表征基座内部热环境，作为环境温度参考和监视数据。
5.根据权利要求1所述的用于气凝胶材料在轨隔热性能及老化特性测试的装置，其特征在于，所述冷端组件（2-2）包括：冷端主体（2-2-1）、冷端组件安装隔热垫（2-2-2）和散热面热控涂层（2-2-3）；其中，所述冷端主体（2-2-1）上设置有用于固定所述样品固定组件（2-6）的出线孔（2-9）以及用于与所述基座本体（1-1）连接的安装孔，所述冷端组件安装隔热垫（2-2-2）分别设置于所述安装孔处，所述散热面热控涂层（2-2-3）喷涂在所述冷端主体（2-2-1）的外表面；所述冷端主体（2-2-1）的内表面还设置有胶池结构并开有倒圆角的走线槽。
6.根据权利要求5所述的用于气凝胶材料在轨隔热性能及老化特性测试的装置，其特征在于，所述冷端主体（2-2-1）整体为圆盘结构，并采用铜材料制备得到；
所述圆盘结构上设有与所述圆盘结构同心设置的圆形凸起，所述圆形凸起的内部形成胶池结构；
所述出线孔（2-9）倒圆角，并以所述圆盘结构中心等角度分布设置；
所述走线槽设置于所述圆形凸起上，并沿所述圆盘结构中心等角度分布设置。
7.根据权利要求1所述的用于气凝胶材料在轨隔热性能及老化特性测试的装置，其特征在于，所述热端组件（2-3）包括：热端主体以及设置于所述热端主体上的开有走线槽的胶池结构。
8.根据权利要求7所述的用于气凝胶材料在轨隔热性能及老化特性测试的装置，其特征在于，所述热端主体整体为圆盘结构，并采用铜材料制备得到；
所述圆盘结构上设有与所述圆盘结构同心设置的圆形凸起，所述圆形凸起的内部形成胶池结构；
所述走线槽倒圆角，并设置于所述圆形凸起上，沿所述圆盘结构中心等角度分布设置。
9.根据权利要求1所述的用于气凝胶材料在轨隔热性能及老化特性测试的装置，其特征在于，所述测试组件（2-4）还包括如下任意一项或任意多项：
- 所述加热器（2-4-1）采用聚酰亚胺薄膜型康铜双层双回路电加热器；
- 所述冷端与热端测温热敏电阻（2-4-3）在冷端组件（2-2）与热端组件（2-3）的胶池结构内各布置三个，分别布置在冷端组件与热端组件的中心位置、半径中心位置和靠近半径外端点位置，并保证冷端组件与热端组件上的布置位置相互对应，用于全面监测样品组件的热均匀性；
- 所述冷端与热端测温热敏电阻（2-4-3）从胶池结构不同的走线槽进行走线，从走线槽出线后，所述测试系统（2）的所有测试线汇总到冷端组件（2-2）上，并通过所述基座本体（1-1）与所述测试系统（2）之间的间隙将测试线引出；所有测试线与所述基座本体（1-1）之间不进行固定连接，实现所述测试系统（2）与基座（1）之间解耦设计。
10.根据权利要求1所述的用于气凝胶材料在轨隔热性能及老化特性测试的装置，其特征在于，所述样品隔热组件（2-5）由10单元热控材料组成，其外表面设有打孔双面镀铝聚酯薄膜热控材料层；所述样品隔热组件（2-5）与所述冷端组件（2-2）的冷端主体（2-2-1）等电位接地，所述冷端组件（2-2）的冷端主体（2-2-1）接入卫星基准地，并保持与航天器舱板（3）等电位。
11.根据权利要求1所述的用于气凝胶材料在轨隔热性能及老化特性测试的装置，其特征在于，所述样品固定组件（2-6）包括：绑扎线，所述绑扎线以对称方式将样本组件（2-1）以及所述冷端组件（2-2）、热端组件（2-3）、测试组件（2-4）和样品隔热组件（2-5）进行整体固定，并采用硅橡胶对出线孔（2-9）进行封堵，与所述绑扎线接触的所述样品隔热组件（2-5）的边缘与中心位置采用硅橡胶进行点胶处理。
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