深空探测器热控系统方案设计与仿真研究

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作为航天器一个重要的分系统,热控系统在保障探测器正常工作方面具有重要的作用。深空探测器由于飞行任务和探测目标的原因,其热环境与近地卫星有很大的差异。为了能使其正常工作,必须在现有的热控技术基础上进行统筹规划,合理安排加热和散热途径。深空探测器热控技术是在近地卫星的基础上发展起来的,一般遵循被动控制为主、主动控制为辅的原则。为了寻求一个合理的热控方案,本文以某探测器具体的探测任务和温控需求为背景,通过对其空间外热流变化的计算,设计出一套初步的热控方案,包括整体的热控措施和一些重要仪器和有效载荷的热控设计。在热分析方面,目前常用的方法是热网络法,其一个重要的网络参数就是辐射换热的计算。在计算辐射换热系数之前,一般要先计算角系数,但由于探测器内部仪器布置复杂和形状的不规则性,使其计算非常困难。所以在本部分内容中,介绍了利用蒙特卡洛射线追踪法计算角系数的原理。进而给出了计算探测器内部辐射换热的方法。为了验证热控方案的可行性,本文给出了探测器稳态温度和瞬态温度计算的方法。在稳态温度计算上,通过对建立的探测器简化几何模型和数学模型的分析,划分了节点,并分别在百叶窗关闭和打开时实现了探测器稳态温度的计算。在瞬态温度的计算上,为了克服热网络方法的计算量大和方程具有刚性的缺点,给出一种基于双层集总参数的计算方法,建立了双层集总参数的数学模型。最后对热分析误差产生的原因进行系统分析。
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