[發明專利]衛星表面分形結構

在審

• 申請號: 201710219605.3
• 申請日: 2017-04-06
• 公開（公告）號: CN107010246A
• 公開（公告）日: 2017-08-04
• 發明（設計）人: 張曉峰;梁莊典;王剛;侯玉鑫;謝余
• 申請（專利權）人: 上海微小衛星工程中心
• 主分類號: B64G1/10
• 分類號: B64G1/10
• 代理公司: 上海邦德專利代理事務所(普通合伙)31312
• 代理人: 李陽

技術領域

本發明涉及衛星熱控領域，特別涉及衛星表面分形結構。

背景技術

微小衛星是目前航天領域的三大研究熱點與發展前沿之一，備受國際宇航界的青睞。微小衛星體積小、質量輕、熱流密度大的特點，使得微小衛星的內部星載設備的日趨多樣化以及工作模式的日趨復雜化；執行航天任務環境的不確定性；同時微電子器件的可靠性對溫度十分敏感，器件溫度在70～80℃水平上每增加1℃，可靠性就會下降5％。以上各種因素，都對微小衛星熱控系統的設計提出了新的挑戰。

目前，微小衛星的熱控系統的研究主要集中于智能型熱控器材和靈巧型主動熱控裝置兩個方面。智能型熱控器材，強調了利用物性參數的自身調節，因此非常適合在電功率和重量都受苛刻限制的微小衛星當中應用，但是由于物性方面的調節比較困難，同時目前對于材料的研究已經較為深入，存在一定瓶頸，提升難度較大。靈巧型主動熱控裝置，其太陽吸收比或發射率可以隨著衛星表面各種可根據外在信號改變發射率的可控熱輻射裝置來進行調整，如各種可根據控制信號改變傳熱能力的熱管，以及其他冷卻回路等。這些裝置在尺寸和重量上遠小于普通衛星上常見的同類裝置；同時，熱控措施本身具備可驅動性，可以通過優化自主熱控算法進一步提高熱控能力和熱控效率。然而，目前的熱控制系統的調控能力的根本上還是取決于傳熱器件的能力本身的，受到傳熱能力的上限制約。

在微小衛星的熱控系統中，以傳熱能力為評價傳熱性能的標準。在目前的微小衛星的熱控系統中，傳統的研究熱點大都放在了傳熱系統和星面材料的研究上，往往容易忽視衛星表面的形貌結構對星體傳熱能力的影響。形貌結構設計與現有的各種技術相輔相成，形成一個良性的整體。

發明內容

本發明解決的問題是現有衛星熱控系統傳熱能力受傳熱器件所限；為解決所述問題，本發明提供衛星表面分形結構。

本發明所提供的衛星表面分形結構針對衛星星體為正方體結構，在衛星星體任意表面建立sierpinski地毯圖案，所述分形結構包括以所述地毯圖案中間的正方形為底面建立的正四棱錐凸起。

進一步，包括一級分形結構；衛星星體為正方體結構，將所述正方體結構至少一個表面進行一級分級，形成至少9個面積相等的二級正方形，以中間的二級正方形為底面，凸起至少一個一級正四棱錐結構，一級分形結構包括所述一級正四棱錐結構。

進一步，對至少一個其他二級正方形進行二級分級，形成至少9個面積相等的三級正方形，以中間的三級正方形為底面，凸起至少一個二級正四棱錐結構，二級分形結構包括所述二級正四棱錐結構。

進一步，所述二級分形結構還包括對一級正四棱錐側面進行九等分，形成九個面積相等的一級三角形，以中間的一級三角形為底面建立的三棱錐。

進一步，所述星體的表面為邊長為18cm的正方形，一級分形結構包括：對表面進行一級分級，以中間的6×6cm二級正方形為底面，高度為4.24cm的四棱錐；二級分形結構包括：對其他二級正方形進行九等分，以中間的2×2cm三級正方形為底面，高度為1.41cm的四棱錐；三級分形結構包括：對其他三級正方形進行九等分，以中間的6.67×6.67mm四級正方形為底面，高度為4.71mm的四棱錐；四級分形結構包括：對其他四級正方形進行九等分，以中間的2.22×2.22mm五級正方形為底面，高度為1.571mm的四棱錐。

進一步，第N級分形結構還包括對第N-1級正四棱錐的側面進行九等分，以中間的三角形為底面所建立的三棱錐。

本發明的優點包括：

提供了一種對微小衛星的外殼進行特殊設計的方案，以自然界中廣泛存在的分形結構為基礎，設計了表面凸起的分形結構，以增加衛星外表面對宇宙空間的輻射傳熱能力。

附圖說明

圖1是本發明依據的sierpinski地毯圖案；

圖2是本發明實施例提供的的星體表面分形結構示意圖；

圖3是本發明實施例的技術效果，輻射傳熱能力對分形級數的變化示意圖。

具體實施方式

下文中，結合附圖和實施例對本發明的精神和實質作進一步闡述。

圖1顯示了本發明應用于微小衛星表面的分形結構依據的原理圖，sierpinski(謝爾賓斯基)地毯圖案。該圖案具有典型的分形特征，具有明顯的自相似性。將該圖案應用于微小衛星表面的設計中可以有規律的設計制造出無規律的表面結構特征；