萤火一号火星探测器热控分系统设计.pdf

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1、第30卷2013年第4期上海航天AERoSPACESHANGHAI文章编号：1006一1630(2013)04一0055一05萤火一号火星探测器热控分系统设计江世臣1，许忠林1，盛松1，郭涛2(1．上海卫星工程研究所，上海200240；2．上海航天技术研究院，上海201109)摘要：根据萤火一号(YH一1)火星探测器的热环境特点，对热控分系统设计进行了研究，分析了热控分系统技术难点，给出了方案设计，介绍了大功率单机散热、探测器多模式自主热控和长火影热控等设计。热平衡试验结果验证了热控设计的正确性。关键词：YH一1火星探测器；热环境；热控设计；热平衡试验中图分类

2、号：V444．36文献标志码：AThermalControlSubsystemDesignofYH一1MarsProbeJIANGShi—chenl，XUZhong—linl，SHENGSon91，GUOTa02(1．ShanghaiInstituteofSatelliteEngineering，Shanghai200240，China；2．ShanghaiAcademyofSpaceflightTechnology，Shanghai201109，China)Abstract：Accordingtothecharactersofthethermalenviro

3、nmentofYH一1Marsprobe，thedesignofthermalcontroIsubsystemwasstudiedinthispaper．Thetechn0109ydifficultyofthesubsystemwasanalyzed．Thethermalcontrolschemewasgivenout，whichincludedtheradiatingofthedeviceunitwithhighpowcr，multi—modeadoptivethermalcontroloftheprobeandthermalcontrolduringthe

4、longlⅥarsshadow．Keyw"ds：YH一1Marsprobe；Thermalenvironment；Thermalcontrolscheme；Thermalbalancetest0引言YH一1火星探测器是一颗小型深空探测类探测器，携带离子探测器、磁强计和相机等有效载荷对火星进行环境探测。热控分系统为YH一1火星探测器提供合适的热环境，以确保仪器设备在不同的飞行阶段可靠地工作在规定的温度范围。该探测器搭载于俄罗斯福布斯一土壤(FGSC)火星探测器上，从地球轨道向火星轨道转移的约10月内，YH一1火星探测器处于俄方探测器过渡桁架内，不受太阳直照。绕火

5、星飞行期间，YH一1火星探测器经历8．8h的火星阴影，器外热流几乎为o，且无足够的能源进行加热补偿。同时，分配给热控分系统的质量和功耗等资源有限。这增加了热控分系统方案设计及产品设计的难度。本文对YH一1火星探测器热控分系统设计进行了研究。收藕日期：2012一09—25作者简介：江世臣(1980一)，男，博士生，主要研究方向为航天器热控设计。1设计难点探测器的空间环境、姿态等的变化引起的外热流变化剧烈。探测器从地球运行到火星轨道的10月内，太阳辐射强度从地球附近平均1367w／m2减小到火星附近平均589W／m2[1

6、。火星向阳面和背阳面温差约150℃，对YH

7、一1火星探测器在近火点附近的外热流影响较大。YH火星探测器绕火星轨道运行于大椭圆轨道，在近火点，远火点附近所接收的火星红外辐照和反照差异较大[2]。2方案设计YH一1火星探测器热控分系统采用被动热控为主，电加热器主动热控为辅的设计方案。热控措施主要有热管、涂层、隔热多层、电加热器、隔热垫块、导热硅脂等，如图1所示。根据热控分系统设计准则、热控设计特点和探测器的工况分析，制定热控设计措施。a)长时间巡航段，在探测器外的桁架上包敷隔上海航天AER【)SPACESHANGHAI第30卷2013年第4期热材料，YH一1火星探测器可处于较有利的外部环境。b)兼顾高低温工

8、况，选取合适的散热面位置和大小，使器上单机的温度在各阶段和各工作模式下处于合适的温度范围。c)布局设计时发热较大的单机布置于散热面附近，发热小及对温度要求高的单机布置在探测器内部。d)进入长火影前，开启器内各单机和加热器，使器内处于较高的温度水平，以部分抵消长火影期器内单机的温降。e)局部隔热设计。电池、飞轮、高稳定频率源的高效率工作对温度要求较高，设计中对电池、飞轮、高稳定频率源采用局部隔热并加热的方案。f)探测器等温化设计。舱内表面、单机采用喷涂黑漆或黑色阳极化等温化措施，不使功耗大的单机温度过高、功耗小的单机温度过低，从而实现探测器的等温化设计。图lYH

9、一1火星探测器热控措施Fig．1The