[發明專利]衛星用熱控和空間碎片防護一體化系統

在審

• 申請號: 202211096336.3
• 申請日: 2022-09-08
• 公開（公告）號: CN116062191A
• 公開（公告）日: 2023-05-05
• 發明（設計）人: 張偉;李志松;付鑫;翟載騰
• 申請（專利權）人: 上海衛星工程研究所
• 主分類號: B64G1/52
• 分類號: B64G1/52;B64G1/50;B64G1/22
• 代理公司: 上海段和段律師事務所 31334
• 代理人: 牛山

本發明涉及航天器熱控制技術領域，提供了一種衛星用熱控和空間碎片防護一體化系統，包括布置在后端的多片柔性防護層板及布置在前端的緩沖屏，緩沖屏被配置為多個呈矩陣排布的合金盒陣列，合金盒沿從前到后的沖擊方向上依次布置有鋁合金板、聚氨酯層、泡沫鋁填充層、聚氨酯層、鋁合金板；緩沖屏和衛星平臺之間的熱源通過柔性導熱管連接。本發明通過空間碎片防護系統與航天器熱控系統中的蒸汽腔裝置共用多種關鍵材料和結構布局，實現了兩者在原理上的有機結合，既能發揮兩者的功能特性，又保證了兩者工作均能達到較高的技術指標水平，還能為衛星平臺節約重量和空間，并具有很強的冗余保障能力，能夠滿足未來高價值衛星輕量化碎片防護和熱控要求。

技術領域

本發明涉及航天器熱控制技術領域，具體地，涉及一種衛星用熱控和空間碎片防護一體化系統，尤其涉及一種能同時承擔熱控輻射器散熱功能和空間碎片防護功能的輕質結構裝置。

背景技術

人類空間活動的不斷擴展，使得近地軌道上退役或失效的航天器殘骸和以及各種事故所產生的碎片的數量快速增長。這些無控的空間物體，尺寸范圍覆蓋亞毫米級到10米級，并長期停留在軌道上。對于低軌道航天器，這些物體的相對飛行速度達到3～15km/s，一旦發生相互碰撞，將對現役航天器構成重大威脅，導致航天器結構破壞、功能失效，甚至爆炸、解體。據媒體公開報道，2021年3月我國云海一號02星受空間碎片的撞擊而導致整星在軌解體。這距離該星投入使用尚不足兩年，事故造成了巨大損失。而且這次事故又將產生大量新的碎片，進一步威脅其他航天器的正常運行。航天器針對空間碎片防護的實踐雖然有較長的歷史和積累，但由于現有碎片防護系統的質量較大，同時功能較為單一，一般僅設置在高價值的載人航天器上。普通的人造衛星和深空探測器等航天器受重量、體積等的限制，目前對空間碎片的威脅幾乎完全不設防。因此有必要對衛星等無人航天器的空間碎片防護裝置開展研究，通過輕量化和多功能一體化的設計，降低其對航天器平臺結構重量和體積帶來的負擔。

現有的熱控/空間碎片防護混合設計，例如專利文獻CN105109709A公開了一種防隔熱/防護一體化空間碎片防護結構，該設計利用多層空間碎片防護結構材料的低導熱特性，形成了具有較高工作溫度的防隔熱功能。但是空間里的熱傳遞方式主要是輻射而非固體傳導，現有的航天器防隔熱設計所用的多層和高溫多層技術已經比較完善，同時質量很輕，因此該設計的實用性意義有限。再例如專利文獻CN102941926A公開了一種空間碎片防護型熱輻射器，該設計借用流體回路和熱管相耦合的輻射器面板的金屬防護能力為航天器提供一定的碎片防護能力。由于大型金屬面板單位面積重量較大，因此這種熱輻射器只能用于大型的載人航天器，如空間站和載人飛船上。還例如專利文獻CN108426694A公開了一種空間碎片高速撞擊熱防護結構的模擬裝置及模擬方法，該設計的結構除了用于空間碎片防護以外，主要用于抵御航天器在再入大氣的過程中的氣動加熱，其功能與本發明在空間真空環境下的輻射散熱作用完全不同。

綜上所述，以上混合或一體化設計均只是利用力學材料的熱物理特性或者導熱材料的力學性能兼顧性地獲得了兩種功能，并沒有在基本原理上實現有機結合，所兼顧的次要功能在性能上也不突出，難以滿足未來高價值衛星的輕量化碎片防護和熱控要求。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種衛星用熱控和空間碎片防護一體化系統。

根據本發明提供的一種衛星用熱控和空間碎片防護一體化系統，包括布置在后端的多片柔性防護層板以及布置在前端的緩沖屏，所述緩沖屏被配置為多個呈矩陣排布的合金盒；

所述合金盒沿從前到后的方向上依次布置有鋁合金板、聚氨酯層、泡沫鋁填充層、聚氨酯層、鋁合金板；

所述緩沖屏和衛星平臺之間的熱源通過柔性導熱管連接。

優選地，前后布置的兩層聚氨酯層通過聚氨酯柱拉緊連接。

優選地，所述合金盒為密封結構，每個所述合金盒的內側壁粘接有多孔結構的所述聚氨酯層，所述聚氨酯層中填充相變工質。