第五章 航天器的温度控制

航天器的热控技术与应用当我们仰望星空，想象着那些在浩瀚宇宙中穿梭的航天器时，可能很少会想到它们面临着一个极其重要的挑战——热环境的控制。

在太空这个极端的环境中，温度的变化范围极大，从炽热的阳光直射下的高温到阴影区域的极寒，这种巨大的温差对航天器的正常运行构成了严重威胁。

为了确保航天器能够在这样恶劣的热环境中稳定工作，热控技术应运而生。

热控技术，简单来说，就是对航天器内部和外部的热量进行有效管理和控制的技术手段。

它就像是航天器的“温度调节器”，确保航天器的各个部件都能在适宜的温度范围内工作。

要理解航天器热控技术，首先得明白太空环境的特殊性。

在太空中，由于没有大气层的保护，航天器直接暴露在太阳辐射、宇宙射线以及真空环境中。

当航天器面向太阳时，表面温度可能会迅速升高到几百摄氏度；而当它转到背阴面时，温度又会急剧下降到零下一百多摄氏度。

这种剧烈的温度变化对航天器的电子设备、材料结构和燃料系统等都可能造成严重损害。

为了应对这种极端的热环境，航天器热控技术采用了多种方法。

其中，隔热是一种常见的手段。

航天器的表面通常会覆盖一层特殊的隔热材料，这些材料具有很低的热导率，可以有效地阻止热量的传递。

就像我们冬天穿的厚棉袄一样，能够阻挡外界的寒冷进入身体。

比如，多层隔热材料（MLI）就是一种常用的隔热手段，它由多层薄的反射屏和间隔层组成，能够反射大部分的太阳辐射，并减少热量的散失。

散热也是热控技术中的关键一环。

对于航天器上产生热量较多的部件，如电子设备，需要通过专门的散热装置将热量散发出去。

常见的散热方式有辐射散热和导热散热。

辐射散热是利用热辐射的原理，将热量以电磁波的形式向周围的空间散发。

而导热散热则是通过热传导的方式，将热量从高温区域传递到低温区域。

为了提高散热效率，航天器上还会使用热管等高效导热装置，热管内部的工作介质在受热端蒸发，在冷却端凝结，从而实现热量的快速传递。

除了隔热和散热，主动热控技术在一些复杂的航天器中也得到了广泛应用。

1.什么是航天器的热控制？控制航天器内部的热交换过程，使其热平衡温度处于规定范围的技术。

2.热控制技术研究的重要性。

为了保证航天器的安全运行，必须对他们进行合理的热控设计，并研制有效可靠的热控系统，否则将导致飞行失败。

3.简述近地空间的热环境，在近地轨道飞行的航天器收到的外热流主要有哪些？近似值是多少？近地空间航天器受太阳辐射、地球红外辐射、地球-大气的反照；外热流主要有：太阳辐射热流、地球反照热流、地球红外热流及空间背景热流；太阳：近似值--2/1353m W S =夏至点（近日点）--2/1309m W S = 冬至点（远日点）--2/1399m W S = 地球反照：近似值--2/470m W 地球红外热流：2/2201353435.0141m W S =⋅-=⋅-ρ 4.简述地球红外辐射，地球反照及其影响。

地球反照：地球-大气系统对太阳辐射的反射；地球红外辐射：被地球-大气系统吸收的太阳辐射能转化成热能后，又以长波热辐射的方式辐射到空间去。

5.什么事航天器的被动热控制？他有什么优缺点？常用的被动热控措施有哪些？被动热控制：依靠河里的航天器总体布局，选取不同的热物理性能的材料，正确地组织航天器的内外热交换过程，是航天起的结构、仪器、设备在高低温运行状况下都不超出允许范围。

优点：①.技术简单②.可靠性高③.使用寿命长 缺点：无自动调节温度的能力 主要有：①.热控图层②.多层隔热材料③.热管④.相变材料⑤.导热填料6.选择热控图层的主要原则是什么？①航天器表面的热辐射性质（现有热控涂层的性能水平95.0~08.0=s α9.0~02.0=ε）为了的得到某种指定性能的涂层，可以采用几种涂料组成的条纹搭配涂层。

②表面涂覆的工艺可行性。

③表面涂覆在使用环境中的稳定性。

④涂层的污染。

⑤经济性。

7.何为二次表面镜型热控图层？它在卫星热控设计中有和应用？三种：①光学太阳反射镜：一种复合表面，有对可见光透明的表层薄膜和对可见光反射的真空镀膜金属底层组成。

太空飞行器如何调控温度（上篇）不要用插、拔插头来取代开关在打开电视机前，应先插上电源插头，再打开电源开关即电视机上的开关.当看完电视后，要先关闭电视机上的开关，然后再拔掉插头.绝不能不用电视机上的开关而用插、拔插头的方法来开关电视机，这样不光会造成电浪费，还可能损害电视机.加盖防尘罩电视机若长期暴露在屋内，定会进入一些灰尘，灰尘多了，就会导致线路漏电而增加电耗.因此，看完电视后，要及时盖上防尘罩，减少电视机对灰尘的吸收.还要定期用吹风机吹掉电视机里面的灰尘，以保清洁.责任编辑蔡华杰作者简介高峰，男，41岁，德国柏林大学博士，现在就职于中国科普研究学会，副教授，研究方向为高能物理.科普作家，在国内外报刊发表科普作品100余万字.事实上，人造卫星都携带各式各样的电子仪器、飞行仪表和运动部件，它们大都“娇生惯养”，有的只能在温室里“长大”，有的却喜欢在低温下工作.为了确保人造卫星运转正常，必须对它的“体温”进行调节和控制，这就是人造卫星的温控技术.特殊的“外衣”高空，大气极为稀薄.由于那里基本上不存在大气的对流作用，所以，人造卫星在太阳晒着的一面温度可以高达100℃～200℃，而背着太阳的一面又可低达-100℃～-200℃.在温度低至-269℃的深空区域，物体自身□中国科普研究学会高峰物理广角镜□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□物理广角镜的热量一旦散失出去，就休想“恢复”起来，只能使“体温”一直降下去，深空环境的这种现象就叫“热沉”效应.为了使人造卫星保持一定的“体温”，人们常常给它穿上一件特制的“衣服”.卫星“制服”与众不同，它既不是棉的，也不是毛的，而是用镀有金属的塑料薄膜制成的.说来也很简单，把这种薄膜附着在卫星表面上，就能使星体与空间环境相隔离，这样，卫星的“体温”就不至于随外界环境的变化而变化，这就是“隔热”技术.为了提高隔热效果，一般都采用多层隔热方法.在层与层之间用柔软的棉纸或化学纤维填充，这样一层薄膜、一层隔离物地叠置起来，就构成了“多层隔热材料”.隔层越多，隔热效果越好，但隔层愈多，材料也就愈重.因此，应当根据需要选择适当的隔热层层数.美国发射的第一颗小型天文卫星的“外套”就是用多层隔热材料制成的.每层薄膜厚0.0063mm，是一个双面镀铝的聚酯薄膜，共20层；隔离物采用玻璃纤维滤纸，每层厚0.05mm，共19层.事实证明，人造卫星穿上这种“衣服”，不管遇到什么环境，高热还是低温，它都能对付.当然，对于卫星来说，也不是非穿“衣服”不可的.如果把卫星的表面按一定要求处理一下，比如抛光、氧化或喷漆，同样能起到良好的隔热保温作用.以铝板为例，经过阳极氧化处理，就能获得很高的反射太阳光的能力，即使在太阳光的强烈照射下，表面温度也不会超过30℃.“百叶窗”大有用场值得注意的是，星内所有仪器设备在工作状态下，一方面要消耗电能，另一方面又要不断地向外辐射一定的热能.卫星穿的“衣服”隔热效果好，就会使内部温度愈来愈高.如果温度上升过高，也会使电子设备工作失灵.如何解决这个问题呢？工程技术人员从人体的汗腺功能得到启示.他们想到，如果在卫星的外壳上打开几个窗口，每个窗口安上若干个叶片，当星内温度达到一定数值，就让叶片自动打开，把热量散失出去；反之，叶片再自动关闭，不准热量继续“外逃”.这样做，星内温度不是一样可以得到调节吗美国发射的第6号和第7号应用技术卫星，就是采用这种方法调节温度的.在卫星观察舱的两个侧面各开一个“百叶窗”，通过叶片的开启和关闭，观察舱内的温度可以控制在5℃～35℃范围之内，基本满足仪器设备的工作要求.人造卫星的温度控制，除了进行整星温控，还可以采用局部温控方法.有些仪器对温度环境的要求极为苛刻，随整星一起又不能满足要求，在这种情况下，可以增设“温控舱”，把这一类仪器置于温控舱内，舱内温度就可采用局部温控方法.无论哪种方法，“百叶窗”都大有用场.责任编辑蔡华杰。

卫星上的温控原理是什么
好的,我来按步骤解释卫星上的温控原理:
1. 太空环境温度极端,光照面温度高达100多度,夜晚低至-150度,卫星需要精确的温控系统保护电子设备正常工作。

2. 主要的温控方式是通过外壳与多层隔热材料构建“热盒子”,将payload区与外界环境隔绝。

3. 外壳一般采用金属材料,具有轻量化和高强度的特点,既抵御微流星碎片也能承受发射高载荷。

4. 在外壳内部覆盖多层隔热材料,如金属化膜、玻璃棉、空心玻璃微球等,具有低密度、低导热系数的特性。

5. 这些隔热材料构建的多层热阻可以大幅降低隔热盒内外的热量传导和热量辐射。

6. 通过热阻设计计算,使热流量控制在可接受的水平,从而将舱内环境保持在20度左右的温度。

7. 除被动隔热外,还需要积极的热控制系统,例如加热片、热管等进行补偿调节,
确保温度恒定。

8. 关键部位还需要安装温度传感器,让热控系统能够实时监控温度变化,进行闭环控制。

9. 这样多种手段综合运用,保证卫星内部实现准确、稳定的温度控制,确保元器件的正常工作。

10. 温控系统需要充分考虑轨道特点、载荷发热、工作年限等因素,采用可靠的零失败设计。

通过这些步骤,卫星可以实现精确的温度控制,这是保障任务成功的关键之一。

航空航天工程师的航天器热控制航空航天工程师的航天器热控制在航天领域中扮演着重要的角色。

航天器的热控制是指通过有效的热管理系统来维持航天器内外部的温度，确保航天器在复杂的外太空环境中正常运行。

本文将介绍航天器热控制面临的挑战以及一些常用的热控制技术。

一、航天器的热控制挑战航天器在执行任务时会面临极端的温度条件。

太阳辐射、热辐射以及周围空间的真空是主要的热源和热传递方式。

航天器一旦暴露在太阳辐射下，其表面温度可能会迅速升高，而在阴影区域则可能会急剧降低。

这种剧烈的温度变化会对航天器的结构和设备产生不利的影响，因此需要有效的热控制系统来平衡这些热量。

二、航天器的 passiv 热控制技术1. 绝缘材料：航天器上常常使用绝缘材料来减少热传导，包括热屏蔽材料和绝缘涂层。

这些材料可以降低内部和外部温度的传导，减少热量的流失和吸收。

2. 表面处理：航天器的外表面经常需要特殊的处理，以提高反射能力和红外辐射能力。

例如，涂覆特殊的金属或涂料可以在一定程度上减少太阳辐射的吸收，从而降低航天器表面的温度。

3. 热防护材料：航天器的热防护结构，如热隔热瓦和热屏蔽板，可以在进入大气层时减少导热和吸收热量，保护航天器的结构不受损。

三、航天器的 active 热控制技术1. 热控制系统：这是航天器热控制中最关键的部分。

热控制系统可以通过电加热、液体或气体循环等方式调节航天器内部的温度。

通过控制冷却剂的流动和冷却能力，航天器的温度可以得到有效的调节。

2. 微通道散热器：这种散热器由一系列微小通道组成，通过传导和对流来移除热量。

微通道散热器可以有效地将热量从航天器的热源传导并散发出去，保持航天器温度的平衡。

3. 热电材料：利用热电材料的特性，可以将热量转化为电能，或者通过输入的电能来产生制冷效应。

这种技术可用于航天器中的温度调节。

四、航天器热控制的未来发展随着航天技术的不断发展和航天任务的复杂性增加，航天器的热控制技术也在不断改进。

航天器精密控温技术研究现状随着人类探索宇宙的不断深入，航天器的精度和可靠性要求越来越高，控温技术成为其中关键的一环。

航天器面对高温、低温、强辐射、极低压等多种恶劣环境，控制温度的稳定性对于保障航天器的正常运行和有效执行任务至关重要。

本文将介绍航天器精密控温技术的研究现状，包括控温方法、控温器件和控温自适应技术等方面。

一、控温方法1.被动式控温方法被动式控温方法通常采用的是材料学的原理，即通过选择绝缘材料、隔热材料、导热材料、反射材料等来达到控温的目的。

例如，航天器的轻质隔热材料采用的是具有低热导率的蜂窝板，可以在太空中长时间维持低温状态，同时在高速进入大气层时也能够保持航天器内部温度的稳定。

2.主动式控温方法主动式控温方法是指通过控制航天器的加热、降温过程，实现对其温度的控制。

在主动式控温方法中，主要包括伺服控温和P.I.D 控温。

伺服控温是利用热空气与冷却器相间的形式，对温度进行调节。

而 P.I.D 控温则是根据系统误差进行反馈控制的方法，一般应用于需要高精度控制的领域。

二、控温器件1.热电偶热电偶是一种能够将温度转化为电信号输出的传感器，广泛用于工业生产、仪器仪表领域。

在航天器中，热电偶被广泛应用于控温系统中，为控制系统提供准确的温度信号。

热电偶具有使用寿命长、响应速度快、结构稳定等优点，具备很高的应用价值。

2.热电阻热电阻也是一种测量温度的传感器，一般采用铂电阻作为敏感元件。

热电阻具有精度高、响应时间快、无需外加电源等优点，特别适用于需要高精度控制的场合。

在航天器控温系统中，热电阻被广泛应用于控制仪器仪表和反馈控制器等的测温组件。

三、控温自适应技术控温自适应技术是指从控温系统中采取自适应调整、优化控制算法、模型辨识等方法，提高控制精度和控制性能。

控温自适应技术在航天器控制系统中的应用越来越广泛，主要是由于其可以适应不同的环境和负载条件，能够自主地进行完善优化和自我调节，从而提高了控温系统的可靠性和稳定性。

航天器的热控制和热设计方法在航天领域中，热控制和热设计是十分重要的一环，因为航天器在不同的环境中要面对复杂的热学问题。

在地球轨道上，航天器要同时遭受太阳辐射和地球辐射，而在深空探测中，航天器则要面对太阳辐射与太空真空的同时影响。

在这种环境下，热管理的失误很可能会导致航天器失效甚至毁灭，因此热控制和热设计是航天器设计过程中的重点和难点。

热控制的方法热控制的目标是使航天器的温度维持在可接受的范围内，以保障装置的性能和寿命。

热控制的主要方法有以下几种:1. 包覆与隔热: 航天器外层需要覆盖一层隔热材料以抵抗太阳辐射的热辐射，同时内层也要包覆一些隔热材料以防止航天器的散热。

这个过程通常称之为Thermal Blanket，也就是散热毯。

2. 散热器: 散热器是另一种常用的热控制方法，它可以帮助快速地将航天器内部的热量传出，从而保证其恒温化。

用在热量产生较大的设备和部件上，如电动机或大型电池组等。

3. 渡越轨道: 轨道高度和位置的不同也是影响热量传递的因素。

在地球轨道上，航天器进入太阳照射下，需要通过更高的轨道距离温度下降以达到热量平衡。

而在深空探测任务中，航天器必须通过与行星或星球的引力相互作用来改变轨道高度和位置，以便控制其受到的阳光照射时间。

4. 热管：热管是一种高效的热控制器，它是利用工作流质的蒸汽驱动热管内的热量传递。

热管中非常薄的毛细管结构具有超强的温度控制能力，可以在多种场合下快速传导热量和吸收热量。

热设计的方法热设计的目的是为了保证各个部件不会过热或过冷，达到可靠、高效、均匀、持续的热管理效果。

热设计的方法包括以下几种：1. 数值计算: 在航天器设计中，一些专业的热工程师需要高度的数学和物理素养，熟练掌握基本偏微分方程求解理论和相关数值计算方法，如有限差分法（FDM）、有限元法（FEM）、边界元法（BEM）等。

以此来模拟和分析航天器的各个部件的热传输，为热设计提供重要数据和指导意见。

2. 结构设计: 在航天器的结构设计中，专业设计师一方面要考虑结构体在受载和振动下的性能，另一方面则需协同热控制专家，合理设计各个部件的隔热和散热结构，确立温升限制、规定布局位置、选定材质以及规划冷却介质。

航天器热环境控制技术研究与优化随着人类对太空探索的不断深入，航天器的热环境控制技术也越来越受到重视。

在极端的太空环境中，航天器面临着极高的温度和严寒的气温，这些都对航天器的正常运行和安全造成了极大的影响。

因此，热环境控制技术的研究和优化显得尤为重要。

航天器热环境控制技术主要是指对航天器内部和外部的温度、湿度、气压等参数进行控制和调节，以保证航天器的正常运行和乘员的安全。

在太空环境中，航天器面临着极端的高温和低温，这些都会对航天器的各种部件产生不同程度的影响。

比如，太阳能电池板在高温下容易老化和失效，而机械部件则在低温下容易变得脆弱易碎。

因此，如何有效地控制航天器的热环境，成为了航天器设计和运行中的重要问题。

在研究和优化航天器热环境控制技术方面，主要涉及以下几个方面：1. 热控制系统设计。

热控制系统是航天器热环境控制的核心，其设计需要考虑到航天器所处的环境和任务需求。

一般来说，热控制系统包括热量传递机构、热量调节机构和热量放散机构等部分。

其中，热量传递机构主要负责将航天器内部产生的热量传递到外界，而热量调节机构则可以根据需要对航天器内部的温度进行调节，最后热量放散机构则可以将多余的热量释放到外界。

2. 热控制材料选择。

在航天器设计中，选择合适的热控制材料也非常重要。

一方面，这些材料需要具有良好的导热性能和耐高温性能，以便将航天器内部产生的热量有效地传递到外界；另一方面，这些材料还需要具有良好的抗辐射性能和耐腐蚀性能，以应对太空环境中的辐射和腐蚀。

3. 热控制策略优化。

在实际应用中，需要根据具体任务需求来优化热控制策略。

例如，在长时间的太空任务中，需要考虑如何最大程度地减少能源消耗和热量损失；而在紧急情况下，则需要迅速采取相应的热控制策略以保障乘员安全。

总之，航天器热环境控制技术是保障航天器正常运行和乘员安全的重要保障。

在未来的太空探索中，我们需要不断地深入研究和优化这一技术，以应对更加复杂和多样化的任务需求。

航天器热管理技术研究与应用随着航空航天技术的快速发展，航天器的热管理技术越来越受到重视。

航天器在太空中的运行，要经受着极端的温度环境，控制好航天器内部的温度不仅可以保证航天器的正常运行，也可以延长航天器的寿命，从而提高整个航天任务的成功率。

本文将从航天器热管理技术的基本原理、现有技术及展望等方面进行探讨。

一、航天器热管理技术的基本原理航天器运行过程中会遇到极端的气温条件。

在受到太阳辐射的照耀时，航天器表面可达到1500℃以上的高温，而在太阳不照耀时，则会降温到-150℃以下的低温。

如何控制航天器的温度，使它始终保持在正常的工作温度范围内，成为研究的主要问题。

航天器热管理技术的基本原理可以简单概括为：通过采用合适的热控制方式，将航天器内部的热量合理地输送到外界，共同维持航天器的稳定工作。

一般来说，航天器热管理系统包括下列部分：热控件、热控制器、热控链路和热控策略。

其中，热控件用于内部热量的产生或消耗，如太阳能电池板、放热器等等；热控制器负责调节热控件的工作状态；热控链路则将热量输送到外部，如热管、热电偶等等；热控策略则根据具体情况，选择合适的热控制参数，进行调控。

二、现有的航天器热管理技术目前，用于航天器热管理的主要技术包括大小不同的红外线辐射寿命热控制（IRPLCS）、热电控制、相变材料热管和热管技术等。

其中，IRPLCS技术最为常用，通过放热器对航天器进行散热，从而保证了航天器内部的正常工作。

在具体应用时，需要根据航天器所处的轨道，决定放热器的数量和布局。

另外，IRPLCS技术也可以通过增加航天器的红外辐射吸收量来提高其散热能力，如增加航天器表面的粗糙度或者表面吸收材料的厚度等。

热电控制技术则可以利用材料的热电效应，将产生的热量通过热电偶传输出去，然后由热管理系统进行调控。

与IRPLCS技术相比，热电控制技术优点在于能够对温度进行更为精细的控制，缺点则在于热电偶本身的效率不高，可能会导致能量浪费。