[發明專利]一種空間大型載荷的熱管理系統

有效

• 申請號: 201310342684.9
• 申請日: 2013-08-08
• 公開（公告）號: CN103407582A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 王兵;于波
• 申請（專利權）人: 北京空間機電研究所
• 主分類號: B64G1/50
• 分類號: B64G1/50
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 褚鵬蛟

技術領域

本發明屬于大型航天器熱控技術領域，涉及一種應用于空間大型載荷在軌環境下的熱管理系統。

背景技術

傳統空間相機（以下簡稱相機）熱源種類較為單一，總熱耗較小，通常采用主動與被動相結合的熱設計原則。即合理的開設散熱面將內部集中熱源排散出去，同時在適當區域利用主動加熱措施維持相機主體尤其是光學部分的溫度水平。由于這種設計方式簡潔可靠，又不占用平臺過多資源，因此得到了廣泛的應用。

但隨著技術的發展，衛星平臺與載荷的界限劃分日趨模糊，整體構成空間大型光學設施。平臺趨向于微小化輕型化，而其能源有限，對相機熱控功耗和重量要求愈加苛刻。另外相機朝著大口徑、高分辨率方向發展，熱流密度呈指數增長，熱源形式種類和控溫要求也發生了根本的變化。按照傳統的熱控方法，新型相機的熱控功耗及重量將成倍增加。因此如何實現空間大型載荷的能源綜合管理就頗有工程實際意義。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：針對現有技術的不足，提供了一種空間大型載荷的熱管理系統，對載荷自身的能源加以利用，進行統一收集和調配，能夠有效降低熱控功耗的需求，減小熱控重量。

本發明包括如下技術方案：

一種空間大型載荷的熱管理系統，所述空間大型載荷包括天文焦面、激光焦面、太赫茲焦面、超光譜焦面和紅外焦面；所述熱管理系統包括蓄熱池、第一集熱器、第二集熱器、低溫制冷機、半導體制冷器、風機、第一組熱開關、第二組熱開關和熱管；天文焦面、激光焦面、太赫茲焦面、超光譜焦面、紅外焦面分別通過熱管與蓄熱池相連；蓄熱池通過第一組熱開關與第一平臺熱接口相連；天文探測元、激光探測元、太赫茲探測元、超光譜探測元通過熱管與第一集熱器相連；第一集熱器與所述半導體制冷器的冷端接觸，所述半導體制冷器的熱端通過第二平臺熱接口進行散熱；天文焦面通過第二組熱開關與第二集熱器相連；第二集熱器收集的熱量通過流體回路遷移至遮陽罩；紅外探測元通過低溫制冷機進行冷卻，低溫制冷機、風機與第三平臺熱接口組成冷卻回路。

所述蓄熱池采用金屬相變材料。

在激光焦面上設置由蓄熱材料組成的蓄熱器，該蓄熱器通過熱管與蓄熱池相連。

本發明與現有技術相比具有如下優點：

本發明的蓄熱池將分散的周期工作設備的熱量存儲起來，根據控溫的需要，由熱開關決定排散熱量的量，其余則用于維持系統自身溫度水平；集熱器用來收集分散探測元的工作熱量，并由半導體制冷器帶走，且控制探測元合適的溫度；對于長期工作的大功耗設備，則大部分熱量由集熱器通過流體回路遷移至遮陽罩，以補償該處的環境漏熱；對于紅外設備，其探測元需要用制冷機進行冷卻，而制冷機產生的熱量則由風機形成強迫對流環境，高效散掉該部分熱量。本發明是通過綜合利用空間設施各工作單元的工作熱耗，統一規劃調度熱量的走向，減小熱控代價，降低主動功耗30%以上，降低熱控重量20%以上，達到降低空間設施能源總需求的目的；將各設備單元互聯成一個整體，增加了系統熱容，且蓄熱池會在設備單元不工作時釋放出相變潛熱，有效抑制系統的溫度波動。

附圖說明

圖1為本發明空間大型載荷的熱管理系統組成示意圖。

具體實施方式

下面就結合附圖對本發明做進一步介紹。

如圖1所示，所述空間大型載荷包括天文焦面、激光焦面、太赫茲焦面、超光譜焦面和紅外焦面；本發明的熱管理系統包括蓄熱池、第一集熱器、第二集熱器、低溫制冷機、半導體制冷器、風機、第一組熱開關、第二組熱開關和熱管；天文焦面、激光焦面、太赫茲焦面、超光譜焦面、紅外焦面分別通過熱管與蓄熱池相連；蓄熱池通過多個熱開關與第一平臺熱接口相連；天文探測元、激光探測元、太赫茲探測元、超光譜探測元通過熱管與第一集熱器相連；第一集熱器與所述半導體制冷器的冷端連接，所述半導體制冷器的熱端通過第二平臺熱接口進行散熱；天文焦面通過第二組熱開關與第二集熱器相連；第二集熱器收集的熱量通過由流體泵組成的流體回路遷移至遮陽罩，以補償該處的環境漏熱；紅外探測元通過低溫制冷機進行冷卻，低溫制冷機、風機與第三平臺熱接口組成冷卻回路。其中，蓄熱池和集熱器用于實現熱量存儲；熱管用于實現熱量輸運；熱開關用于實現熱量調節分配，所述熱開關具有智能通斷及熱流量大小控制功能。熱開關根據系統的溫度反饋，形成閉環控制。因為激光焦面要求溫度波動小于±3℃，所以需在激光焦面上增加由蓄熱材料組成的蓄熱器，可有效抑制激光焦面工作時的熱量波峰，減小焦面溫度波動。該蓄熱器通過熱管與蓄熱池相連。根據實際情況，每一組熱開關可以包括多個熱開關。