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阿尔法磁谱仪(AMS)是一台通用性高能物理探测设备,其宇宙射线探测研究结果,为人类进一步了解宇宙及宇宙起源提供了有力的支持。AMS安装在国际空间站(ISS)上,其结构、热环境均较为复杂,热分析对保障其长期运行具有重要意义。随着航天科技事业的发展,越来越多的国家和组织开展了宇宙射线探测计划,AMS在轨运行外热流分析与温度控制研究对下一代空间高能物理探测设备的研发有借鉴意义。以AMS热相关数据为分析依据,采用数据管理技术和事例/规则型混合推理策略,将实测数据、专家经验、技术文件和研究论文等综合,形成了AMS热分析专家系统。利用该系统中的数据处理、图形化功能完成了对AMS在轨运行的热状态评估。研究结果表明:为了达到AMS的运行温度要求,需要分析ISS右舷主散热板角度(STRRJ)操作对AMS温度的影响,避免穿越辐射探测器气体系统(TRD气体系统)温度过低,评估ISS侧边飞行操作对AMS温度的影响;分析中涉及AMS前方主散热板、AMS后方主散热板和TRD气体系统三个重要部件。以轨道力学公式为计算依据,通过简化六面体模型,分析了在低地球轨道上的各项外热流和总外热流分布规律及影响因素;基于太阳辐射热流的重要性,计算了AMS热控分析区域的轨道太阳辐射热流分布规律。研究结果表明:在ISS正常飞行姿态下,ISS左、右舷因阳光持续照射导致散热条件不佳,不适合作为散热元件的布置区域;AMS的z轴相对于ISS的z轴倾斜导致了AMS顶部轨道太阳辐射热流密度与ISS顶部数值差异较大。以蒙特卡罗-节点网络法建立了AMS热数值模型,计算了AMS重要部件的各项外热流密度,并对比轨道太阳辐射热流计算结果分析了ISS部件及操作对AMS重要部件太阳辐射热流的影响。研究结果表明:ISS部件对阳光的遮挡、反射作用可明显地改变AMS后方主散热板和TRD气体系统的外热流。除轨道参数以及ISS热影响外,AMS前方主散热板的温度影响因素还包括其上自动温控加热装置的热量补给和电子箱的热耗散,AMS后方主散热板的温度影响因素还包括其上电子箱的热耗散,TRD气体系统温度影响因素还包括该系统与环境的热交换。通过稳态、瞬态数值模拟结果评估了STRRJ操作对AMS临近部件和重要部件温度的影响,制定了TRD气体系统温度的控制措施,分析了ISS侧边飞行操作对AMS外热流的影响,设计了关于ISS侧边飞行操作的AMS热控制方法。通过研究发现:STRRJ调整可改善或恶化TRD气体系统温度,但改善作用仅在β<-45?时有效,在-20?<β<+20?区间该系统仍然存在严重的超温问题;外加隔热罩通过减少TRD气体系统的红外辐射散热,在一定程度上提高了该系统的温度;TRD气体系统温度的最佳控制方案:在ISS正常飞行姿态下,ISS右舷主散热板锁定于+25?,ISS所有太阳能电池板执行“自动追踪阳光模式”操作并在AMS左舷真空箱与TRD气体系统外表面覆盖隔热罩;ISS侧边飞行操作违背了AMS散热区域布置原则,可能引发AMS部件的超温问题,ISS正侧边飞行操作的AMS热安全区域为-30?≤β≤+15?,ISS负侧边飞行操作的AMS热安全区域为-15?≤β≤+30?。综上所述,本文建立并实际应用了AMS热分析专家系统;实现了ISS部件及操作对AMS重要部件外热流和温度影响的定量分析;设计并论证了AMS温度控制措施。这些研究成果均已具体应用在AMS运行过程中,保障了AMS的科学探测任务,并能为类似设备热分析提供理论基础和实践经验。