[发明专利]一种适用于火星着陆器的热控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种热控制装置，具体地，涉及一种适用于火星着陆器的热控制装置。

背景技术

与近地空间的航天器相比，火星探测器在整个运行过程中，尤其在着陆探测阶段，要经受更复杂恶劣的火星表面热环境考验。传统的航天器与外部自由空间环境的热交换方式仅有单一的辐射热交换，而火星着陆器直接暴露在火星地表面，由于火星表面存在CO₂大气、恶劣的沙尘暴、2～20m/s的风速，温度变化范围-130℃～+30℃，受火星表面热环境的影响，着陆器与火星表面的热交换方式包括对流换热、辐射换热以及与火星表面的导热等多种方式。作为重要支持服务分系统之一的热控系统需要在温度变化剧烈、存在多种换热方式的热环境以及电能、重量等资源异常有限的条件下，确保火星着陆器内的所有仪器设备均保持在合适的温度范围。然而，在有气体对流的环境下，传统航天器多层隔热组件的隔热效果明显下降，多层已不适用于火星着陆器的热控，因此，如何保证温度要求较高的电子设备在夜间的温度水平是火星着陆器热控的关键问题。

目前，国外成功的火星着陆器主要采用同位素热源或电加热方式以保持电子设备在夜间的温度。同位素热源在整个运行过程中都会产生热量，为防止电子设备在白天过热，需采用基于流量控制的流体回路进行散热，这不仅增加了热控分系统的复杂程度和重量，同位素热源还存在核安全问题。如果采用电加热器进行补偿加热，则会占用较多的电能。

应用于航天器热控的相变储能装置，具有无运动部件、可靠性高、不耗电的特点，适用于具有周期性脉冲式热源的设备和部件。其工作原理是将相变材料放置在被控设备与外部环境之间，当相变材料与被控设备的界面温度升高到相变材料的熔点时，相变材料熔化并吸收与熔化潜热相当的热量，使界面温度保持在熔点温度附近；当界面温度由于内部或外部原因而下降时，相变材料凝固并放出潜热，维持界面温度基本不变。如果能够把相变储能装置应用于火星着陆器的热控，直接利用太阳能保证电子设备在夜间的温度水平，不仅可以避免使用同位素热源和流体回路等复杂装置，还可以减少热控分系统对重量和能源等宝贵资源的占用。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种适用于火星着陆器的热控制装置。

根据本发明的一个方面，提供一种适用于火星着陆器的热控制装置，包括：第一热开关1、第二热开关2、第三热开关3、第四热开关4、电子设备模块5、隔热垫6、底板7、散热面8、侧板9、第一支架10、驱动机构11、气凝胶隔热毡12、太阳阵13、光学传感器14、第二支架15和相变储能装置16，散热面8与底板7连接，侧板9与散热面8连接，相变储能装置16与侧板9连接，电子设备模块5底部通过隔热垫6与底板7连接，电子设备模块5的两侧边分别通过第三热开关3和第四热开关4连接至散热面8，且电子设备模块5上部通过第一热开关1和第二热开关2与相变储能装置16连接；第一支架10、驱动机构11和第二支架15依次连接，且第一支架10与侧板9连接，太阳阵13与第二支架15连接，光学传感器14设置在太阳阵13上端，驱动机构11根据光学传感器14的太阳光照感应控制第二支架15带动太阳阵13沿水平方向180度转动；气凝胶隔热毡12连接至太阳阵13底部。

优选地，相变储能装置16上部外表面涂覆选择性吸收涂层；且相变储能装置16内部装有相变材料。

优选地，选择性吸收涂层为黑铬涂层。

优选地，相变材料为水合物、有机物或高分子材料。

优选地，相变材料为十四烷。

优选地，侧板9除散热面8区域外的外表面以及底板7的外表面均包覆有气凝胶隔热毡12。

优选地，电子设备模块5外表面、侧板9内表面以及相变储能装置16下部外表面均粘贴有低发射率镀金薄膜。

优选地，散热面8外表面喷涂有白漆。

优选地，第一支架10、第二支架15和驱动机构11的外表面均粘贴镀银Teflon膜。

优选地，还包括加热器，加热器与驱动机构11连接。

本发明装置采用相变储能装置和热开关相结合的方法，在白天，利用相变材料吸收并储存太阳能，同时利用热开关的可变热导特性实现电子设备模块与相变材料之间的热隔离、电子设备模块与散热面之间的热导通，以解决电子设备模块在白天的散热问题；在夜间，通过在相变储能装置外表面覆盖隔热层实现相变材料与外部空间的热隔离，利用热开关实现电子设备模块与相变材料之间的热导通、电子设备模块与散热面之间的热隔离，以解决电子设备模块在夜间的保温问题。