CN116744651A - 倾斜轨道分散布局星敏感器高温度稳定度的热控装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种倾斜轨道分散布局星敏感器高温度稳定度的热控装置，包括：卫星本体、星敏感器阵列、被动散热结构和主动加热结构；其中，被动散热结构包括多个散热板和多个热管，每个散热板均布置在卫星本体的舱板上；星敏感器阵列中的多个星敏感器以分散布局形式布置在卫星本体的舱板上，每个星敏感器均通过热管与至少两个散热板连接，以通过散热板对星敏感器进行被动散热；主动加热结构布置在散热板上，以通过主动加热结构对星敏感器进行主动加热。本发明可以较好地缓解星敏感器热控难题，满足星敏感器高温度稳定度20±2℃的要求。
Description
技术领域
本发明涉及星敏感器热控制技术领域，尤其是涉及一种倾斜轨道分散布局星敏感器高温度稳定度的热控装置。
背景技术
星敏感器在卫星姿态测量和控制系统中起着至关重要的作用，是精准的姿态测量设备。星敏感器一般布置在卫星对天面，其温度除受自身热耗影响外，还受空间外热流（太阳辐射、地球反照及地球红外）的影响。星敏感器的温度稳定度及温度水平通常由卫星的任务特点决定，如运行在太阳同步轨道的遥感卫星对星敏感器温度稳定度的要求极为苛刻，通常为基准温度±1℃~±3℃，这类星敏感器通常采用集中布局形式安装在一体化支架上，因太阳同步轨道有稳定的不受照面（背阳面），不受照面外热流较小而且稳定，将星敏感器散热面布置在背阳面，通过精密主动控温手段，即可保证星敏感器的温度水平和温度稳定性。而运行在倾斜轨道的卫星一般对星敏感器的定姿精度无严格要求，允许星敏感器的温度指标范围较宽，一般为-40℃~+40℃，对星敏感器的温度稳定度无要求，采用传统被动热控和主动热控相结合的手段，即可保证星敏感器的温度水平。
经对现有技术检索，相关技术提出一种星敏组合件的热控方法，3台星敏布置在一体化支架上，在星敏支架和遮光罩背阳面开设散热面，再通过主动控温手段，将星敏法兰温度控制在8±2℃以内，解决了星敏组合件高控温要求。相关技术还提出一种星敏感器光照全适应热控装置，对星敏感器的安装布局位置和卫星在轨外热流条件无特殊要求，做到了全光照适应，通过该热控装置将星敏感器的温度控制在-30℃~+40℃。相关技术还提出一种航天器用星敏感器的一体化通用散热装置，将散热装置布置在星敏本体，不需要卫星提供专门的热辐射器，降低了星敏感器支架设计难度、热管设计难度及总装难度，另外该散热装置法向与星敏感器光轴方向平行，使得该散热装置通用性强。
对于运行在太阳同步轨道上的卫星来说，由于β 角（太阳光与轨道面夹角）变化范围小，且存在稳定的不受照面，这利于星敏感器散热面的布置，而运行在倾斜轨道上的卫星，因β角变化范围很大，最大为-90°~+90°（β＞0°时，-Y面长期受太阳辐射，β＜0°时，+Y面长期受太阳辐射，±Y面外热流关于β=0°对称），导致卫星不存在稳定的不受照面，使得星敏感器外部各个方向的外热流不仅在一个轨道周期内变化剧烈，在整个寿命周期内，外热流变化也相当大，因此，太阳同步轨道上星敏感器布局及热控方法在倾斜轨道卫星上不具备参考价值。另外，不同于以往倾斜轨道上的星敏感器，该倾斜轨道卫星上的星敏感器对温度稳定度有严格要求为20±2℃，且考虑星敏视场需求，多个星敏感器必须采用分散布局形式，若采用散热装置与星敏感器一体化设计方法，需在每台星敏感器上单独布置散热面，对散热面的需求大。另外，为保证星敏感器的温度稳定性，一般需采用主动电加热技术对星敏感器进行控温，若采用传统技术，利用同一加热回路对分散布局星敏感器进行控温，需在每台星敏感器上布置电加热器及控温点，因在轨运行时不同星敏感器及散热面所面临的空间热环境不同，电加热器的功率密度及位置、控温点的位置、不同控温点的选择及控温算法都均需进行特殊设计，进而增加热控设计难度。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种倾斜轨道分散布局星敏感器高温度稳定度的热控装置，可以较好地缓解星敏感器热控难题，满足星敏感器高温度稳定度20±2℃的要求。
第一方面，本发明实施例提供了一种倾斜轨道分散布局星敏感器高温度稳定度的热控装置，包括：卫星本体、星敏感器阵列、被动散热结构和主动加热结构；其中，
所述被动散热结构包括多个散热板和多个热管，每个所述散热板均布置在所述卫星本体的舱板上；
所述星敏感器阵列中的多个星敏感器以分散布局形式布置在所述卫星本体的所述舱板上，每个所述星敏感器均通过所述热管与至少两个所述散热板连接，以通过所述散热板对所述星敏感器进行被动散热；
所述主动加热结构布置在所述散热板上，以通过所述主动加热结构对所述星敏感器进行主动加热。
在一种实施方式中，所述星敏感器阵列包括第一星敏感器和第二星敏感器；其中，
所述第一星敏感器和所述第二星敏感器均布置在所述卫星本体的-Z舱板，所述第一星敏感器靠近所述-Z舱板的+Y侧，所述第二星敏感器靠近所述-Z舱板的-Y侧。
在一种实施方式中，还包括第一星敏感器支架和第二星敏感器支架，所述第一星敏感器设置有第一法兰，所述第二星敏感器设置有第二法兰；其中，
所述第一星敏感器通过所述第一法兰导热安装在所述第一星敏感器支架上，所述第二星敏感器通过所述第二法兰导热安装在所述第二星敏感器支架上；
所述第一星敏感器支架和所述第二星敏感器均安装在所述卫星本体的-Z舱板上。
在一种实施方式中，所述被动散热结构包括第一散热板、第二散热板和第三散热板；其中，
所述第一散热板布置在所述卫星本体的-Z舱板的+Y侧，且与所述卫星本体的+Y舱板齐平；
所述第二散热板布置在所述卫星本体的-Z舱板的+X侧，且与所述卫星本体的+X舱板齐平；
所述第三散热板布置在所述卫星本体的-Z舱板的-Y侧，且与所述卫星本体的-Y舱板齐平。
在一种实施方式中，所述被动散热结构还包括第一热管、第二热管、第三热管和第四热管；其中，
所述第一热管的一端安装在所述第一星敏感器支架上，另一端安装在所述第一散热板上；
所述第二热管的一端安装在所述第一星敏感器支架上，另一端安装在所述第二散热板上；
所述第三热管的一端安装在所述第二星敏感器支架上，另一端安装在所述第二散热板上；
所述第四热管的一端安装在所述第二星敏感器支架上，另一端安装在所述第三散热板上。
在一种实施方式中，调整所述第一散热板和第三散热板的总散热面积与所述第二散热板的散热面积的比例，以使散热板寿命周期吸收的最大外热流与最小外热流的差值最小。
在一种实施方式中，所述主动加热结构包括多个电加热器和温度传感器，所述电加热器串联形成加热回路；其中，
每个所述电加热器和所述温度传感器均粘贴在所述第二散热板上。
在一种实施方式中，每个所述热管均采用Ω形热管。
在一种实施方式中，还包括多个散热板支架，所述散热板支架的数量与所述散热板的数量一致；其中，
所述散热板通过所述散热板支架固定在所述卫星本体的-Z舱板上，所述散热板与所述散热板支架之间通过隔热垫隔热安装。
第二方面，本发明实施例还提供一种倾斜轨道分散布局星敏感器高温度稳定度的热控系统，包括：第一方面提供的任一项所述的倾斜轨道分散布局星敏感器高温度稳定度的热控装置。
本发明实施例提供的一种倾斜轨道分散布局星敏感器高温度稳定度的热控装置，包括：卫星本体、星敏感器阵列、被动散热结构和主动加热结构；其中，被动散热结构包括多个散热板和多个热管，每个散热板均布置在卫星本体的舱板上；星敏感器阵列中的多个星敏感器以分散布局形式布置在卫星本体的舱板上，每个星敏感器均通过热管与至少两个散热板连接，以通过散热板对星敏感器进行被动散热；主动加热结构布置在散热板上，以通过主动加热结构对星敏感器进行主动加热。上述装置采用以“星上散热板+热管”为主的被动热控手段，并辅以主动加热结构进行主动控温，可以较好地缓解星敏感器热控难题，满足星敏感器高温度稳定度20±2℃的要求。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种倾斜轨道分散布局星敏感器高温度稳定度的热控装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种倾斜轨道分散布局星敏感器高温度稳定度的热控装置的正视图；
图3为本发明实施例提供的一种倾斜轨道分散布局星敏感器高温度稳定度的热控装置的后视图；
图4为本发明实施例提供的一种星敏感器的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种散热板面积优化设计流程示意图；
图6为本发明实施例提供的一种不同散热板面积组合下散热板吸收总外热流波动示意图；
图7为本发明实施例提供的一种星敏感器法兰仿真结果示意图；
图8为本发明实施例提供的一种散热板仿真结果示意图。
图标：1-卫星本体；11 -卫星本体的-Z舱板；2-星敏感器阵列；21-第一星敏感器；22-第二星敏感器；211-遮光罩；212-本体；213-法兰；23-第一星敏感器支架；24-第二星敏感器支架；3-被动散热结构；4-散热板；41-第一散热板；42-第二散热板；43-第三散热板；44-第一散热板支架；45-第二散热板支架；46-第三散热板支架；5-热管；51-第一热管、52-第二热管、53-第三热管、54-第四热管；6-主动加热结构；61-电加热器；62-温度传感器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
目前，星敏感器热控难度较大，现有技术难以满足星敏感器高温度稳定度20±2℃的要求，基于此，本发明实施提供了一种倾斜轨道分散布局星敏感器高温度稳定度的热控装置，可以较好地缓解星敏感器热控难题，满足星敏感器高温度稳定度20±2℃的要求。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种倾斜轨道分散布局星敏感器高温度稳定度的热控装置进行详细介绍，参见图1所示的一种倾斜轨道分散布局星敏感器高温度稳定度的热控装置的结构示意图，包括：卫星本体1、星敏感器阵列2、被动散热结构3和主动加热结构6。
示例性的，卫星运行在近地倾斜圆轨道上，诸如星敏感器运行在轨道高度529km，轨道倾角为66.5°的倾斜圆轨道上，卫星在轨飞行时，+X轴指向飞行方向，+Z轴对地，+Y轴遵循右手定律。经分析该轨道的β角变化范围为-90°~+90°，当β＜0°时，+Y侧长期受照，当β＞0°时，-Y侧长期受照，±Y侧外热流关于β=0°对称。
在一种实施方式中，被动散热结构3包括多个散热板4和多个热管5，每个散热板4均布置在卫星本体1的舱板上。示例性的，散热板4的数量可以为3个，散热板4可以选用具有二维传热特性的均温板，散热板4布置在卫星本体1的-Z舱板；热管5的数量可以为4个。
在一种实施方式中，星敏感器阵列2中的多个星敏感器以分散布局形式布置在卫星本体1的舱板上，每个星敏感器均通过热管5与至少两个散热板4连接，以通过散热板4对星敏感器进行被动散热。示例性的，星敏感器的数量为2个，两个星敏感器以分散布局形式布置在卫星本体1的-Z舱板，其中一个星敏感器通过一根热管与第一散热板连接，且通过另一根热管与第二散热板连接，另一个星敏感器通过一根热管与第二散热板连接，且通过另一根热管与第三散热板连接，从而通过三个散热板实现对两个星敏感器的被动散热。
在一种实施方式中，主动加热结构6布置在散热板4上，以通过主动加热结构对星敏感器进行主动加热。其中，主动加热结构6可以包括电加热器和温度传感器，加热器串联形成加热回路，加热回路控制方式为通断控制。在具体实现时，通过温度传感器对当前温度进行监控，并在监测到低于星敏感器的运行温度时，通过电加热器对星敏感器进行主动加热。
本发明实施例提供的倾斜轨道分散布局星敏感器高温度稳定度的热控装置，采用以“星上散热板+热管”为主的被动热控手段，并辅以主动加热结构进行主动控温，可以较好地缓解星敏感器热控难题，满足星敏感器高温度稳定度20±2℃的要求。
为便于对上述实施例进行理解，本发明实施例提供了一种倾斜轨道分散布局星敏感器高温度稳定度的热控装置的具体结构，参见图2所示的一种倾斜轨道分散布局星敏感器高温度稳定度的热控装置的正视图，以及参见图3所示的一种倾斜轨道分散布局星敏感器高温度稳定度的热控装置的后视图。
请继续参见图2和图3，卫星-Z舱板分散布置两台星敏感器，也即星敏感器阵列2包括第一星敏感器21和第二星敏感器22。其中，第一星敏感器21可以为APS-1型星敏感器，第二星敏感器22可以为APS-2型星敏感器。
在一例中，第一星敏感器21和第二星敏感器22均布置在卫星本体1的-Z舱板11。
在一例中，第一星敏感器21靠近-Z舱板11的+Y侧，其视场光轴与卫星+X轴的夹角为40°，与卫星+Y轴的夹角为90°，与卫星+Z轴的夹角为130°；第二星敏感器22靠近-Z舱板11的-Y侧，其视场光轴与卫星+X轴夹角为48°，与卫星+Y轴夹角为112°，与卫星+Z轴夹角为130°。
在一例中，第一星敏感器21和第二星敏感器22结构一致，均采用一体化结构。参见图4所示的一种星敏感器的结构示意图，星敏感器均包括遮光罩211、本体212及法兰213，本体内部装有电子学器件和光学组件，且光学器件直接安装在法兰213上。进一步的，在轨工作期间，制冷器不开启时星敏感器热耗为6.5W。
在一例中，为减小外热流对星敏感器温度的影响，除遮光罩入口外，星敏感器全部包覆15单元多层隔热组件，组件面膜为25μm厚的单面镀铝聚酰亚胺膜。另外，为减小遮光罩温度波动对法兰的影响，遮光罩与本体之间隔热安装，隔热垫材料可选聚酰亚胺或玻璃钢，例如遮光罩与本体之间采用3mm厚的聚酰亚胺隔热垫隔热安装。
在一例中，两台星敏感器分别通过星敏感器支架与卫星舱板连接，即星敏感器通过法兰213安装在星敏感器支架上，星敏感器支架再安装至卫星舱板上。其中法兰213与星敏感器支架之间导热安装，接触面填充导热硅脂或GD414C导热硅橡胶，星敏感器支架与卫星舱板之间隔热安装，隔热垫材料可选聚酰亚胺或玻璃钢，例如敏感器支架与卫星舱板之间通过5mm厚的聚酰亚胺隔热垫隔热安装。
具体的，热控装置还包括第一星敏感器支架23和第二星敏感器支架24，第一星敏感器21设置有第一法兰，第二星敏感器22设置有第二法兰。在此基础上，第一星敏感器21通过第一法兰导热安装在第一星敏感器支架23上，第二星敏感器22通过第二法兰导热安装在第二星敏感器支24架上；第一星敏感器支架23和第二星敏感器支架24均安装在卫星本体1的-Z舱板11上。
可选的，两个星敏感器支架均为6系铝合金材料，导热系数为201W/(m·k)，为提升星敏感器支架温度均匀性，除安装面外其余表面先粘贴一层高热石墨烯薄膜后再包覆15单元多层隔热组件，组件面膜为单面镀铝聚酰亚胺膜。根据实际需求，高导热石墨薄烯膜厚度可选择0.08mm厚、0.2mm厚或0.3mm厚，其中0.2mm厚的导热石墨烯薄膜导热系数可达1000W/(m·k)。
具体的，本发明实施例中高热石墨烯薄膜厚度为0.2mm，单面镀铝聚酰亚胺膜厚度为25μm。
请继续参见图2和图3，被动散热结构3包括第一散热板41、第二散热板42和第三散热板43。具体的，第一散热板41布置在卫星本体1的-Z舱板11的+Y侧，且与卫星本体1的+Y舱板齐平；第二散热板42布置在卫星本体1的-Z舱板11的+X侧，且与卫星本体1的+X舱板齐平；第三散热板43布置在卫星本体1的-Z舱板11的-Y侧，且与卫星本体1的-Y舱板齐平。
在一例中，本发明实施例提供的被动散热结构3 中的散热板有3块，一块布置在卫星-Z舱板并与卫星+Y面齐平，为A型散热板（也即第一散热板41）；一块布置在卫星-Z舱板并与卫星-Y面齐平，为B型散热板（也即第三散热板43）；一块布置在卫星-Z舱板并与卫星+X面齐平，为C型散热板（也即第二散热板42）。
在一例中，为减少热管使用数量，散热板选用具有二维传热特性的均温板（简称“VC”），它是一种内壁具有毛细结构的平板热管，充入工质后，通过工质的气液相变来实现均温，当量导热系数≥2000W/m·k，可快速实现二维传热。
在一例中，所有散热板朝向冷空间侧设置热控涂层，将热量通过辐射形式排散至冷空间，热控涂层可选择KS-ZA白漆、OSR（optical solar reflecor，玻璃二次表面镜）等；散热板侧边、散热板朝向星体侧及散热板支架整体包覆15单元多层隔热组件，组件面膜为单面镀铝聚酰亚胺膜，例如组件面膜为25μm厚的单面镀铝聚酰亚胺膜。
请继续参见图2和图3，热控装置还包括多个散热板支架，散热板支架的数量与散热板的数量一致，散热板通过散热板支架固定在卫星本体的-Z舱板上，散热板与散热板支架之间通过隔热垫隔热安装，且散热板支架与卫星舱板之间隔热安装，隔热垫材料可选聚酰亚胺或玻璃钢，例如，散热板与散热板支架之间、散热板支架与-Z舱板之间均通过5mm厚聚酰亚胺隔热垫隔热安装。示例性的， 3块散热板分别通过第一散热板支架44、第二散热板支架45和第三散热板支架46固定在卫星-Z舱板上，散热板与散热板支架之间，散热板支架与-Z舱板之间均通过5mm厚聚酰亚胺隔热垫隔热安装。
请继续参见图2和图3，被动散热结构3还包括第一热管51、第二热管52、第三热管53和第四热管54。可选的，每个热管均采用Ω形热管，例如均采用Ω形18×Φ10铝氨轴向槽道热管。
在一种实施方式中，在每个星敏感器支架上安装两根热管，两根热管均为Ω形铝氨轴向槽道热管，安装时热管的一端与支架连接，另一端与散热板连接，用于将星敏感器的热量传输至散热板。为减小接触热阻，热管与支架，热管与散热板之间均涂覆导热填料，如导热硅脂或导热硅橡胶。
在一种实施方式中，APS-1型星敏感器支架上布置的两根热管，一根热管用于构建APS-1型星敏感器与A型散热板之间热传输通道，另一根热管用于构建APS-1型星敏感器与C型散热板之间热传输通道；APS-2型星敏感器支架上的两根热管，一根热管用于构建APS-2型星敏感器与B型散热板之间热传输通道，另一根热管用于构建APS-2型星敏感器与C型散热板之间热传输通道，为减小热管拐弯半径，将拐弯处的热管翅片削掉；通过上述设计，可以将分散布局的星敏感器之间进行均温化设计，即当APS-2型星敏感器及B型散热板接收的外热流（太阳直射、地球反照及地球红外）较大时，其热量通过热管、C型散热板及A型散热板传递至APS-1型星敏感器，反之当APS-1型星敏感器及A型散热板接收的外热流较大时，其热量通过热管、C型散热板及B型散热板传递至APS-2型星敏感器，而当C型散热板接收的外热流较大时，其热量可通过热管、A型散热板和B型散热板分别传递至APS-1型星敏感器及APS-2型星敏感器。
在具体实现时，在第一星敏感器支架23上安装两根Ω形18×Φ10铝氨轴向槽道热管，其中，第一热管51的一端安装在第一星敏感器支架23上，另一端安装在第一散热板41上；第二热管52的一端安装在第一星敏感器支架23上，另一端安装在第二散热板42上。
在具体实现时，在第二星敏感器支架24上安装两根Ω形18×Φ10铝氨轴向槽道热管，其中，第三热管53的一端安装在第二星敏感器支架24上，另一端安装在第二散热板42上；第四热管54的一端安装在第二星敏感器支架24上，另一端安装在第三散热板43上。
可选的，为方便总装拆卸，安装时热管与星敏感器支架、热管与散热板之间均涂覆RKTL-DRZ-1型导热硅脂。
请继续参见图2，主动加热结,6包括多个电加热器61和温度传感器62，电加热器串联形成加热回路，每个电加热器61和温度传感器62均粘贴在第二散热板上。
在一种实施方式中，为保证星敏感器的温度水平和温度稳定性，在C型散热板靠近热管位置处粘贴125型聚酰亚胺薄膜型电加热器61，加热回路为通断控制，选用测温精度为±0.1℃的热敏电阻作为温度传感器62，控温设备A/D使用位数为9位，测控温分辨率（分层值）约为0.26 ℃，控温区间设计为3个分层值（即约 0.8 ℃），通过热分析计算，确定加热回路功率为10W，控温阈值为[14.3,15.1]。本发明实施例因热控系统进行了均温化设计，且整个热传输通道热阻较小，通过在C型散热板布置加热回路即可同时控制两台星敏感器的温度。
进一步的，还可以通过调整第一散热板41和第三散热板43的总散热面积与第二散热板42的散热面积的比例，以使散热板寿命周期吸收的最大外热流与最小外热流的差值最小。
在一种实施方式中，在保证散热面面积足够的前提下，以3块散热板在整个寿命周期内吸收的总外热流波动（∆Q）最小为原则，利用热分析软件，对3块散热板的面积进行了优化设计，进而可确定每块散热板的面积。
在一种实施方式中，参见图5所示的一种散热板面积优化设计流程示意图，包括：（1）散热板位置选择；（2）外热流分析；（3）星敏感器热分析；当不满足指标时执行（4）散热板总面积修正；当满足指标时执行（5）确定优化设计变量；（6）散热板吸收总外热流波动最小；当不满足要求时执行（7）优化设计变量参数修正；当满足要求时结束。具体设计方法如下：
第一散热板41和第三散热板43统称为Y型散热板，第二散热板42称为X型散热板，其中Y型散热板总面积为AY，X型散热板面积为AX，散热板总面积为AT（Y型散热板面积和X型散热板面积之和）；
利用Thermal Desktop和Sinda/Fluint进行外热流分析，卫星运行寿命初期（热控涂层无退化），Y型散热板单位面积吸收的轨道周期外热流（太阳辐射、地球反照及地球红外）为qYB，X型散热板单位面积吸收的轨道周期外热流为qXB；寿命末期（热控涂层严重退化），Y型散热板单位面积吸收的轨道周期外热流qYE，X型散热板单位面积吸收的轨道周期外热流qXE；
以散热面面积足够为原则，根据星敏感器的热耗及星敏感器和散热板所受外热流，利用热分析软件计算所需总散热面积AT为0.09m2；
∆Q为3块散热板在整个寿命周期吸收的最大外热流(QMAX)与最小外热流(QMIN)差值：
QMAX= MAX ( AY×qYE+ AX×qXE)；
QMIN= MIN ( AY×qYB+ AX×qXB)；
∆Q= QMAX– QMIN；
选取AX/AY为优化设计变量，进行散热板面积优化设计。对AX/AY进行离散化处理，选取AX/AY=0、0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4，以∆Q最小为原则进行分析。由图6所示的一种不同散热板面积组合下散热板吸收总外热流波动示意图，当AX/AY为2时，外热流波动∆Q及热控系统能量最优，从而得出Y型散热板总面积AY为0.03m2，X型散热板（第二散热板42）面积AX为0.06 m2；因第一散热板41和第三散热板43的外热流关于β=0°对称，第一散热板41面积和第三散热板43的面积尽量也采取对称设计，即第一散热板41面积和第三散热板43的面积均为0.015 m2；
根据各散热板面积确定散热板尺寸，具体为：第一散热板41尺寸为150mm（长）×100mm（宽），第二散热板42尺寸为 300mm（长）×200mm（宽），第三散热板43尺寸为150mm（长）×100mm（宽），所有散热板厚度方向尺寸均为4mm；
如图7所示的一种星敏感器法兰仿真结果示意图，以及图8所示的一种散热板仿真结果示意图，利用本发明实施例所述方法后对该倾斜轨道分散布局的星敏感器进行热仿真分析，温度计算结果为18.9℃~21.1℃，很好的满足20±2℃温度指标要求；
由表1所示，利用本发明实施例所述方法后，在轨期间热控最大加热功率为7.2W，设计留有30%余量，提高了热控系统运行可靠性。
表1
综上所述，本发明实施例提供的倾斜轨道分散布局星敏感器高温度稳定度的热控装置，采用以“星上散热板+热管”为主的被动热控手段，并辅以电加热主动控温，解决了星敏感器热控难题，保证了星敏感器高温度稳定度20±2℃的要求。散热板采用具有二维传热特性的均温板（简称“VC”，一种具有毛细芯的平板结构，充入工质后，通过工质的气液相变来实现均温，也叫平板热管），相比于传统铝蜂窝板内部预埋热管手段，减少了热管使用数量，降低了系统重量。另外，星敏感器之间采用热耦合设计，通过合理设计散热面位置及大小、热管布局及加热回路位置，减少了散热面面积、加热回路数量及加热功率，同时降低了加热回路设计难度，使热控系统更优，灵活性及适应性更强。
本发明实施例提供的倾斜轨道分散布局星敏感器高温度稳定度的热控装置的技术关键点在于：（1）分散布局星敏感器之间通过四根热管进行均温化设计；（2）利用同一加热回路对分散布局星敏感器进行温度控制，降低了加热回路设计难度；（3）散热板选用具有二维传热特性的均温板，可减少热管使用数量，进而减小热控系统重量；（4）3块散热板布置在-Z舱板上，且分别与卫星的+Y面，+X面及-Y面齐平，避免-Z舱板对散热板的红外影响；（5）以散热面面积足够和整个寿命周期内散热面接收的总外热流波动最小为原则，利用热分析软件，对散热面的面积进行了优化设计
基于上述关键点，本发明实施例提供的倾斜轨道分散布局星敏感器高温度稳定度的热控装置至少具有以下特点：
（1）因分散布局星敏感器之间通过热管进行了均温化设计，可利用同一加热回路对分散布局星敏感器进行温度控制，减少了加热回路数量，降低了加热回路设计难度；
（2）散热板选用具有二维传热特性的均温板（VC），相比于传统铝蜂窝板内部预埋热管，减少了热管使用数量，降低了热控系统重量；
（3）散热板表面设置散热型热控涂层，将收集到的星敏感器热量通过辐射排散至冷空间，根据实际散热需求，调整热控涂层面积，灵活性及适应性强；
（4）3块散热板布置在-Z舱板上，且分别与卫星的+Y面，+X面及-Y面齐平，避免了-Z舱板对散热板的红外影响，使散热板的散热能力得到充分发挥；
（5）以3块散热板吸收的总外热流波动最小为原则，利用热分析软件，对散热面的面积进行了优化设计，降低了星敏感器的温度波动，减小了星敏感器补偿加热功率，提高了热控系统对倾斜轨道不同空间热环境的适应性。
在前述实施例的基础上，本发明实施例还提供了一种倾斜轨道分散布局星敏感器高温度稳定度的热控系统，该系统包括前述实施例提供的倾斜轨道分散布局星敏感器高温度稳定度的热控装置，本发明实施例采用以“星上散热板+热管”为主的被动热控手段，并辅以主动加热结构进行主动控温，可以较好地缓解星敏感器热控难题，满足星敏感器高温度稳定度20±2℃的要求。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的倾斜轨道分散布局星敏感器高温度稳定度的热控系统的具体工作过程，可以参考前述实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种倾斜轨道分散布局星敏感器高温度稳定度的热控装置，其特征在于，包括：卫星本体、星敏感器阵列、被动散热结构和主动加热结构；其中，
所述被动散热结构包括多个散热板和多个热管，每个所述散热板均布置在所述卫星本体的舱板上；
所述星敏感器阵列中的多个星敏感器以分散布局形式布置在所述卫星本体的所述舱板上，每个所述星敏感器均通过所述热管与至少两个所述散热板连接，以通过所述散热板对所述星敏感器进行被动散热；
所述主动加热结构布置在所述散热板上，以通过所述主动加热结构对所述星敏感器进行主动加热。
2.根据权利要求1所述的倾斜轨道分散布局星敏感器高温度稳定度的热控装置，其特征在于，所述星敏感器阵列包括第一星敏感器和第二星敏感器；其中，
所述第一星敏感器和所述第二星敏感器均布置在所述卫星本体的-Z舱板，所述第一星敏感器靠近所述-Z舱板的+Y侧，所述第二星敏感器靠近所述-Z舱板的-Y侧。
3.根据权利要求2所述的倾斜轨道分散布局星敏感器高温度稳定度的热控装置，其特征在于，还包括第一星敏感器支架和第二星敏感器支架，所述第一星敏感器设置有第一法兰，所述第二星敏感器设置有第二法兰；其中，
所述第一星敏感器通过所述第一法兰导热安装在所述第一星敏感器支架上，所述第二星敏感器通过所述第二法兰导热安装在所述第二星敏感器支架上；
所述第一星敏感器支架和所述第二星敏感器均安装在所述卫星本体的-Z舱板上。
4.根据权利要求3所述的倾斜轨道分散布局星敏感器高温度稳定度的热控装置，其特征在于，所述被动散热结构包括第一散热板、第二散热板和第三散热板；其中，
所述第一散热板布置在所述卫星本体的-Z舱板的+Y侧，且与所述卫星本体的+Y舱板齐平；
所述第二散热板布置在所述卫星本体的-Z舱板的+X侧，且与所述卫星本体的+X舱板齐平；
所述第三散热板布置在所述卫星本体的-Z舱板的-Y侧，且与所述卫星本体的-Y舱板齐平。
5.根据权利要求4所述的倾斜轨道分散布局星敏感器高温度稳定度的热控装置，其特征在于，所述被动散热结构还包括第一热管、第二热管、第三热管和第四热管；其中，
所述第一热管的一端安装在所述第一星敏感器支架上，另一端安装在所述第一散热板上；
所述第二热管的一端安装在所述第一星敏感器支架上，另一端安装在所述第二散热板上；
所述第三热管的一端安装在所述第二星敏感器支架上，另一端安装在所述第二散热板上；
所述第四热管的一端安装在所述第二星敏感器支架上，另一端安装在所述第三散热板上。
6.根据权利要求4所述的倾斜轨道分散布局星敏感器高温度稳定度的热控装置，其特征在于，调整所述第一散热板和第三散热板的总散热面积与所述第二散热板的散热面积的比例，以使散热板寿命周期吸收的最大外热流与最小外热流的差值最小。
7.根据权利要求4所述的倾斜轨道分散布局星敏感器高温度稳定度的热控装置，其特征在于，所述主动加热结构包括多个电加热器和温度传感器，所述电加热器串联形成加热回路；其中，
每个所述电加热器和所述温度传感器均粘贴在所述第二散热板上。
8.根据权利要求1-7任一项所述的倾斜轨道分散布局星敏感器高温度稳定度的热控装置，其特征在于，每个所述热管均采用Ω形热管。
9.根据权利要求1-7任一项所述的倾斜轨道分散布局星敏感器高温度稳定度的热控装置，其特征在于，还包括多个散热板支架，所述散热板支架的数量与所述散热板的数量一致；其中，
所述散热板通过所述散热板支架固定在所述卫星本体的-Z舱板上，所述散热板与所述散热板支架之间通过隔热垫隔热安装。
10.一种倾斜轨道分散布局星敏感器高温度稳定度的热控系统，其特征在于，包括：权利要求1-9任一项所述的倾斜轨道分散布局星敏感器高温度稳定度的热控装置。
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