[发明专利]一种适用于纳卫星热控系统的流体回路控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳卫星热控装置。更特别地说，是指一种基于干路自驱动和旁路辅助控制的流体回路控制装置。

背景技术

纳卫星是指质量在1Kg～10Kg之间的微型卫星，由于采用大规模集成电路的设计思想和制造工艺，因而纳卫星具有体积小、质量轻、制造和发射成本低的优点，在通信、军事、地质勘探、环境与灾害监测、交通运输、气象服务、科学实验、深空探测等方面有着广泛应用。

纳卫星所需电能通常由太阳帆板吸收太阳能转换获得。纳卫星在宇宙空间的服役时间一方面也要考虑对电能的损耗。但由于纳卫星自身体积小限制了其能量的供应，同时，纳卫星上的各子系统工作时会产生大量热量，这些热量形成了纳卫星热控系统，这些热量如不及时散出就会造成纳卫星内部热环境的变化，从而影响各子系统的正常工作。纳卫星的外部包覆有纳卫星蒙皮10，纳卫星的散热处理，是将工作时产生的热量传导到其背离太阳的散热面11上，该热量以辐射形式排散到宇宙空间(参见图1所示)。依据纳卫星实现功能的不同，可以将纳卫星分为电源子系统、热控制子系统、结构子系统、姿态控制子系统12、通讯子系统13、计算子系统14和有效载荷15等(参见图3所示)。

微通道换热器是一种新兴的热设计技术，最早见诸于二十世纪八十年代初美国学者Tuckerman和Pease介绍的一种用硅制造而成的水冷肋片式换热器。微通道换热器的特点是：(1)结构简单，微通道换热器主要采用矩形、三角形、圆形肋片结构，通道结构简单，采用线切割或化学腐蚀加工，加工方便；(2)体积小，微通道微换热器的体积小，可以直接作用于毫米甚至微米级的热源位置；(3)具有很高的换热效率。微通道换热器由于通道的尺寸效应，热阻很低，同时又可以直接作用于热源位置，因此换热效率很高。如果采用微通道液体强迫对流形式，则可达到更好的散热效果；(4)流体状态主要呈层流，对动力系统的要求低，一般仅为几十毫米水头的水柱压降；(5)能够在恶劣的工作环境下工作。

传统的纳卫星热控系统以被动方式为主，整个过程热量传递不可控，当纳卫星各子系统温度环境降低时，还需要通过电加热的方式为各子系统增温，从而增加了纳卫星的电源子系统的负担，缩短了纳卫星的服役时间。

发明内容

为了有效利用纳卫星在宇宙中工作时产生的热量，以及延长纳卫星的服役时间，本发明提出了一种适用于纳卫星热控系统的流体回路控制装置。该流体回路控制装置采用了微槽道换热技术与热-电转换技术相结合，使得纳卫星热控系统流体回路形成强迫对流换热。该流体回路控制装置通过在现有纳卫星上的星载设备上安装微槽道换热器，然后对每个微槽道换热器的两端分别连接上导管组成一个强迫对流的流体回路，该流体回路能够对星载设备工作时产生的热量进行再利用，节省了纳卫星的能量，为纳卫星的长时间服役提供了条件。在流体回路中采用了主回路自驱动和旁路辅助控制的主动热控制方式。自驱动设计将纳卫星废热转换为电能驱动流体回路散热，实现了热控系统的闭环控制，降低了纳卫星的电能消耗，旁路辅助控制设计通过对纳卫星向宇宙空间辐射热量的控制，可实现对纳卫星内部温度的控制。

本发明的一种适用于纳卫星热控系统的流体回路控制装置，包括有热量收集模块、流体回路驱动模块、热-电转换模块和旁路流量控制模块；热量收集模块用于将纳卫星上的姿态控制子系统、通讯子系统、计算子系统和有效载荷工作时产生的废热进行汇集，并应用微槽道换热器、冷却介质和微型管道组合形成热量交换回路；旁路流量控制模块用于调节所述热量交换回路中换热温度T₁低于纳卫星正常工作时的正常温度T₀时，调节热量交换回路中的冷却介质的流速，应用电动调节阀与分流管道的组合形成旁路流量控制；自驱动控制模块为热量交换回路提供强迫对流能量，应用温差发电片与电动微型泵的组合形成；热-电转换模块为热量交换回路提供驱动电能，应用自驱动控制模块中的温差发电片与热量收集模块中的微槽道换热器组合形成。

所述的适用于纳卫星热控系统的流体回路控制装置的一个具体结构为：