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光学舱推进剂补加过程的热分析仿真与试验研究

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西北工业大学学报 2024年第3期42卷 498-505页

作者：卢威张宁莉王帅丰茂龙范含林北京空间飞行器总体设计部北京100094 航天器热控全国重点实验室北京100094

推进剂补加是确保光学舱在轨长寿命工作的重要功能,补加过程面临的热环境条件比以往任务恶劣,全过程热控制十分必要。针对光学舱推进剂补加过程的复杂传热新问题,建立包含压气机、液冷模块和环路热管等部件的光学舱平台集成热数学模型,... 详细信息

推进剂补加是确保光学舱在轨长寿命工作的重要功能,补加过程面临的热环境条件比以往任务恶劣,全过程热控制十分必要。针对光学舱推进剂补加过程的复杂传热新问题,建立包含压气机、液冷模块和环路热管等部件的光学舱平台集成热数学模型,进行热分析仿真研究,并开展系统级热试验。对比高温和低温2种补加条件的瞬态热分析和热试验结果,研究传热关系和温度变化规律;针对热试验中垂直热管因重力因素从不运行至运行的瞬态过程,提出一种变热导率仿真方法;提出高温补加优化设计方案并进行在轨预示。结果表明:瞬态仿真结果与试验结果吻合良好,验证了热分析方法和仿真模型的准确性和有效性;在轨补加采用压气机本体预热并启动2套环路热管,压气机的最高温度≤34.1℃,预热总功耗50 Wh,满足指标要求。研究结果对于光学舱停靠空间站期间的推进剂补加流程设计具有一定参考价值。

关键词：光学舱推进剂补加热控制热分析压气机液冷模块环路热管

基于零和微分博弈的航天器编队通信链路故障容错控制

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自动化学报 2025年第1期51卷 174-185页

作者：任好马亚杰姜斌刘成瑞南京航空航天大学自动化学院南京 210016 直升机动力学全国重点实验室南京 210016 北京控制工程研究所北京 100190 空间智能控制技术重点实验室北京 100190

针对可能由不确定干扰和网络攻击引起的通信链路故障的航天器编队控制系统, 提出一种基于零和微分博弈的最优容错控制方法. 该方法通过构建描述编队协同控制的性能函数, 将通信链路故障容错控制问题等效转换为零和微分博弈模型. 采用Ham... 详细信息

针对可能由不确定干扰和网络攻击引起的通信链路故障的航天器编队控制系统, 提出一种基于零和微分博弈的最优容错控制方法. 该方法通过构建描述编队协同控制的性能函数, 将通信链路故障容错控制问题等效转换为零和微分博弈模型. 采用Hamilton-Jacobi-Isaacs (HJI)方程和极小极大原则设计博弈中的优化解, 并利用自适应动态规划算法对其进行在线逼近, 以获得编队的最优容错控制策略, 保证航天器通信链路故障下的在轨稳定性和最优性能. 仿真结果表明了本文设计的分布式最优容错控制律的有效性.

关键词：自适应动态规划通信链路故障容错控制航天器编队控制系统零和微分博弈

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祝融号火星车热控系统设计与验证

中国科学：技术科学 2022年第2期52卷 245-252页

作者：向艳超张冰强薛淑艳郑凯戴承浩杨沪宁刘国强北京空间飞行器总体设计部北京100094 北京空间飞行器总体设计部空间热控技术北京重点实验室北京100094

低温、弱光照、低密度风场火面环境对祝融号火星车热控设计与验证提出严峻挑战.祝融号火星车热控设计采用"开源节流"思路,构建了基于火面太阳能原位利用技术的太阳能光-热转换与蓄能系统,及基于纳米气凝胶隔热技术的组合隔热系统,解决... 详细信息

低温、弱光照、低密度风场火面环境对祝融号火星车热控设计与验证提出严峻挑战.祝融号火星车热控设计采用"开源节流"思路,构建了基于火面太阳能原位利用技术的太阳能光-热转换与蓄能系统,及基于纳米气凝胶隔热技术的组合隔热系统,解决了无核源供热条件下火星车保温用能源供给及系统保温设计难题.采用以热分析仿真为主验证热设计的思路,开展了低气压静态热平衡试验、低气压风场热平衡试验及热控产品性能测试等专项试验,验证了热分析模型的正确性,实现了火星车热设计地面充分验证,解决了因地面难以综合模拟火面热环境造成热设计验证困难的问题.祝融号火星车热控系统的成功设计与充分验证为探测器完成使命任务奠定了基础.

关键词：火星巡视器热控系统太阳能集热器纳米气凝胶

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基于热模型相关性验证的火面环境热平衡试验

中国空间科学技术（中英文） 2024年第4期44卷 142-152页

作者：张冰强薛淑艳周晓舟北京空间飞行器总体设计部北京100094 航天器热控全国重点实验室北京100094

针对热平衡试验中难以综合模拟火面复杂多变服役热环境的困难,建立一种基于热模型相关性验证的热平衡试验方法。采用真空、低压变温自然对流和低压定温强迫对流验证相结合的方式,验证高低温条件下热分析模型的对流、导热、辐射网络系数... 详细信息

针对热平衡试验中难以综合模拟火面复杂多变服役热环境的困难,建立一种基于热模型相关性验证的热平衡试验方法。采用真空、低压变温自然对流和低压定温强迫对流验证相结合的方式,验证高低温条件下热分析模型的对流、导热、辐射网络系数和热容等参数,并由相关性检验后的热分析模型验证设计的正确性。结果表明,板温度高于气温11~86℃条件下(气温-91℃)的自然对流传热系数为0.19~0.57 W/(m^(2)·K),4~15 m/s风速下的强迫对流换热系数为1.24~2.4 W/(m^(2)·K)修正后的热分析模型与试验结果偏差在±3.5℃以内。该方法在不完全模拟服役热环境条件下实现航天器热设计验证,提供有效的热分析模型,已成功应用于祝融号火星车热平衡试验。

关键词：火星表面热平衡试验热模型对流换热

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火星着陆发动机气凝胶材料热防护装置设计

航空学报 2022年第3期43卷 55-63页

作者：郑凯饶炜向艳超张栋张冰强薛淑艳戴承浩叶青北京空间飞行器总体设计部空间热控技术北京市重点实验室北京100094 北京空间飞行器总体设计部北京100094

大推力着陆发动机高温热防护技术对火星着陆任务安全至关重要。基于多级热辐射反射结构的常规发动机高温隔热屏在火星大气环境中使用时,因内部气体换热导致隔热性能显著衰减。为解决这一问题研发了一种基于气凝胶隔热材料的新型发动机... 详细信息

大推力着陆发动机高温热防护技术对火星着陆任务安全至关重要。基于多级热辐射反射结构的常规发动机高温隔热屏在火星大气环境中使用时,因内部气体换热导致隔热性能显著衰减。为解决这一问题研发了一种基于气凝胶隔热材料的新型发动机热防护装置。根据火星探测工程任务服役环境防隔热需求,建立了考虑低压气氛与高温热流边界影响的瞬态传热模型,开展了新型隔热系统的外形锥度、隔热层厚度等关键结构参数的优化设计,通过三维瞬态仿真分析及与发动机联合试车地面试验验证了设计有效性。气凝胶热防护装置成功应用于天问一号火星着陆巡视器,实现了对着陆发动机1500℃超高温的有效屏蔽。对在轨遥测数据进行反演分析,提出了基于气凝胶材料的高温隔热设计的优化改进方向。

关键词：火星探测着陆发动机气凝胶热防护高温隔热

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祝融号火星车纳米气凝胶隔热装置设计及应用

航空学报 2022年第3期43卷 64-71页

作者：薛淑艳贾阳张冰强向艳超戴承浩王雪郑凯北京空间飞行器总体设计部空间热控技术北京市重点实验室北京100094 北京空间飞行器总体设计部北京100094

针对火星表面低温大气环境下多层隔热组件隔热性能大幅衰减、不能满足火星车保温需求的难题,提出了一种新型、高效、轻质纳米气凝胶隔热装置设计方法,采用在真空和火星大气环境下导热率极低的纳米气凝胶为隔热材料,通过基于低导热复合... 详细信息

针对火星表面低温大气环境下多层隔热组件隔热性能大幅衰减、不能满足火星车保温需求的难题,提出了一种新型、高效、轻质纳米气凝胶隔热装置设计方法,采用在真空和火星大气环境下导热率极低的纳米气凝胶为隔热材料,通过基于低导热复合材料的盒盖式局部支撑封装、气凝胶与结构间填充缓冲泡沫进行多余物过滤、铺设反射屏进行辐射漏热隔离、开设排气孔等设计方法,解决了力学性能增强、多余物控制、辐射漏热隔离、快速泄复压等工程应用难题,成功完成纳米气凝胶在祝融号火星车的工程应用。地面试验测试结果表明,1400 Pa、二氧化碳气氛、25℃时纳米气凝胶隔热装置总导热系数低至0.0080 W/(m·K),有力保障了祝融号火星车舱内设备在零加热功率补偿条件下在轨温度仍处于允许范围内。火星车纳米气凝胶隔热装置总质量为5.95 kg,仅占火星车总质量的2.5%。

关键词：火星车纳米气凝胶隔热装置轻质封装隔热性能

基于蒸气腔集热座的陶瓷芯环路热管传热性能研究

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北京航空航天大学学报 2024年

作者：方泽农徐亚威刘蕾贾志超王楚新张红星苗建印北京空间飞行器总体设计部航天器热控全国重点实验室

为了平衡环路热管毛细芯的毛细力与渗透率之间矛盾，本文以Si3N4棒状晶体开放式网络结构为骨架，制备了一种亚微米级孔径的新型陶瓷毛细芯。在渗透率未显著降低的条件下，陶瓷芯的毛细力达到181 kPa，比传统镍金属芯提升129%。同时，陶... 详细信息

为了平衡环路热管毛细芯的毛细力与渗透率之间矛盾，本文以Si3N4棒状晶体开放式网络结构为骨架，制备了一种亚微米级孔径的新型陶瓷毛细芯。在渗透率未显著降低的条件下，陶瓷芯的毛细力达到181 kPa，比传统镍金属芯提升129%。同时，陶瓷芯热导率远低于镍金属芯，大幅降低储液器寄生漏热。此外，本文提出并研制了一种基于蒸气腔的环路热管一体化集热座，传热性能和重量远优于纯铝集热座。经测试，基于蒸气腔集热座的陶瓷芯环路热管传热极限超过400 W（传热距离10m，管路内径2 mm），比镍金属芯环路热管提升100%，重量减少26%。与公开报道的氨环路热管相比，本文研制的陶瓷芯环路热管具有传热能力强、传输距离远、综合重量轻的优势。

关键词：环路热管陶瓷芯毛细力渗透率传热极限寄生漏热

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中国航天器新型热控系统构建进展评述

航空学报 2019年第7期40卷 1-13页

作者：宁献文李劲东王玉莹蒋凡北京空间飞行器总体设计部空间热控技术北京市重点实验室

热控是由工程热物理与航天技术相互促进发展而形成的一门交叉学科,直接影响着航天器的总体设计水平。随着中国航天事业的飞速发展,对热控设计提出了越来越高的要求,并已成为制约中国航天器设计水平的关键瓶颈技术之一。本文综合评述了... 详细信息

热控是由工程热物理与航天技术相互促进发展而形成的一门交叉学科,直接影响着航天器的总体设计水平。随着中国航天事业的飞速发展,对热控设计提出了越来越高的要求,并已成为制约中国航天器设计水平的关键瓶颈技术之一。本文综合评述了中国航天器新型热控系统构建的最新研究成果和进展,具体包括:针对载人航天、探月工程等不同任务需求,构建出了相应的新型热控系统,开发出了以泵驱单相流体回路、重力驱动两相流体回路、环路热管与水升华器等为代表的一批新型热控产品。在此基础上,结合中国航天工程实际需求,指出了今后的主要研究方向。

关键词：航天器热控热总线泵驱流体回路环路热管水升华器

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激光通信器热设计与热试验

红外与激光工程 2014年第7期43卷 2295-2299页

作者：孟恒辉耿利寅李国强北京空间飞行器总体设计部空间热控技术北京市重点实验室

激光通信器作为一种先进的光通信的设备,通信容量大,传输速度快,具有广泛的应用前景。其对设备温度均匀性和稳定性要求高来保证通信质量,且转动关节在两个方位上转动来更大范围地获取信号,转动关节裸露在外空间,都给热设计带来挑战。针... 详细信息

激光通信器作为一种先进的光通信的设备,通信容量大,传输速度快,具有广泛的应用前景。其对设备温度均匀性和稳定性要求高来保证通信质量,且转动关节在两个方位上转动来更大范围地获取信号,转动关节裸露在外空间,都给热设计带来挑战。针对激光通信器的工作特性和外部空间环境规律,采用主动和被动热控方法开展热设计,对转动关节热设计、大功率密度光学器件散热技术、散热面和高精度控温设计方面进行了介绍。并根据热设计状态,设计了单机的热平衡试验,通过高低温热平衡试验对热设计方案进行验证。试验结果表明,设计方案合理可行,为后续转动高热流密度的载荷热设计提供借鉴思路。

关键词：激光通信温度热设计热试验