希望一号微小卫星的热仿真分析

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1、2011全国仿真技术学术会议论文集希望一号微小卫星的热仿真分析刘绍然，许忠旭，张春元，付仕明(北京卫星环境工程研究所，北京100094)摘要：微小卫星的热控制和热分析有其自己的特点。为了评估“希望一号”微小卫星的热性能，分析了其功能、构成和热控制措施。针对卫星的高温和低温极端工况，用NEVADA软件建立了卫星在轨状态的几何数学模型。获得了卫星的外热流和内部辐射换热系数；用MSC．SINDA软件建立了该卫星的热数学模型，分别进行了稳态和瞬态温度场的分析计算。计算结果与在轨遥测数据进行了对比，证明了本文建立的热分析模型是正确和有效的。关键词：

2、微小卫星；热分析；热控制；热数学模型中图分类号：V474．2；w23．4；TP391．9文献标识码：BThermalSimulatingAnalysisofXw—-1Micro—-SatelliteLIUShao—ran，XUZhong—Xtl，ZHANGChun—yuan，FUShi—ming(BeijingInstituteofSpacecraftEnvironmentEngineering，Beijing100094，China)ABSTRACT：T1lethermalcontrolandthermalanalysisofmicro

3、—satellitehaveitscharacteristics．Toevaluatethethermalperform柚eeofXW—lmicm—satellite，thispaperaddressesthesubsystemsoffunction，structureandther-realcontr01．Anoverviewofthethermalanalyticalmodelsandcomputationmethodsisdiscussed．Fortheworsthotandcoldea船,8，theGeometricalMathe

4、maticalModel(GMM)ofthesatelliteoperatingonorbitisbuiltusingNE-VADAtoachievetIleexternalheatfluxandtheradiationinterchangefactors．TheThermalMathematicalModel(TMM)isaccomplishedwithMSC．SINDAtosimulatethesteadyandtransienttemperaturedistributions．Finally，themeasuredflighttem

5、peraturedataarepmsentedandcomparedwiththeanalyses．Theresultsshowthatthermalan—alyticalmodelsa地correctandeffective．KEYWORDS：Micro—satellite；Thermalanalysis；Thermalcontrol；Thermalmathematicalmodell引言随着技术的进步，卫星的“功能密度”日益提高，卫星可以以更小的重量、尺寸和成本实现更复杂的任务，小型化代表着卫星的一个重要发展方向。但由于小型卫星重量轻

6、、体积小的特点，卫星设计将面临高热流密度和低热惯性等困难。小型卫星的热控技术和热试验技术可能向新的方向发展，对小卫星的进行细致地热仿真分析有着重要的意义‘1。引。微小型卫星“希望一号”是中国航天首次为全国青少年研制的公益卫星。其本体为对称八边形立柱结构，主要由平台段、载荷段和体装太阳电池阵等部分组成，卫星装载“天圆地方”五色土实验设备、轻型宽视场彩色相机、无线电通信转发器及测光仪等仪器，具备进行空间微重力试验、太空摄影和太空无线电台等三种功能。卫星采用一体化与系统集成收稿13期：2011一04一10的设计方法，总重量约60kg。本文以“希

7、望一号”微小卫星为研究对象，在其热控设计的基础上，介绍了热分析模型的建模过程和计算方法，进行了外热流、稳态和瞬态温度场热分析计算，模拟星上单机的热环境，并与飞行遥测数据进行了对比。2卫星设计状态2．1轨道参数卫星运行在一个近似圆形的太阳同步轨道上，高度1200km，倾角100．480，飞行周期109．4rain，降交点地方时9：30amo2．2飞行姿态卫星在轨运行工作期间，没有姿态控制。但卫星与火箭分离时会产生一个分离旋转主轴，在轨期间，卫星将基本上以该轴做自旋运动。对于无姿态控制卫星的热设计，要综合考虑外热流和内热源的因素，以最大可能出

8、现的概率进行包络设计。因此，在热设计过程中，以尽量满足所有旋转主轴一165—为目的。2．3热控制措施1)舱板的星内表面、角盒、对接环+Z侧底面、+Z舱板星外表面及蓄电池外侧面均包覆多层隔热材料