[发明专利]一种基于组合式热沉的月球采样返回探测器自主热管理系统

说明书

本发明公开了一种基于组合式热沉的月球采样返回探测器自主热管理系统，在上升器布置主散热面，在着陆器表面布置辅助散热面，通过对空间热辐射方式排散热负荷；在着陆器布置水升华器组件，通过消耗升华工质的方式排散热负荷；在地月转移、组合体环月段，着陆上升组合体采用上升器主散热面和着陆器辅助散热面共同作用作为系统热沉；在月面工作段，采用上升器主散热面、着陆器辅助散热面和水升华器组件共同作用作为组合式热沉；在交会对接段，采用上升器主散热面作用作为单一热沉。本发明解决了月面高温环境大热耗散热、热负荷大幅变化、着陆器无有效散热通道与组合体散热面不足等难题，同时满足月昼高温保障及多任务模式协同散热的多重任务需求。

技术领域

本发明涉及航天器热设计领域，具体涉及一种基于组合式热沉的月球采样返回探测器自主热管理系统。

背景技术

航天器热设计是根据航天器飞行任务要求以及全寿命周期内所要经受的内、外热负载的状况，系统地采取各种热控措施，组织航天器内外的热量交换过程，保证航天器设备、结构及航天员所处的环境温度等指标在规定范围内，满足任务剖面要求。航天器热设计的主要约束为包括内热耗、外热流在内的热负荷条件。

月球采样返回探测器热设计主要面临以下难点：

(a)探测器组合状态多，工作模式差异大

任务过程中探测器构形变化大，工作模式多，姿态变化多，不同的探测器工作模式和能源供给状态差别大。着陆上升组合体需同时经历地月转移、组合体环月、动力下降、月面采样、月面起飞上升及月球轨道交会对接等不同任务阶段，热负荷峰谷比超过7：1，多任务模式下组合体协同散热问题突出。

(b)月球红外辐射强度大，极热环境恶劣，月昼期间探测器周边月面环境温度高达110～140℃，月面采样任务及起飞上升准备期间内热耗接近 450w，组合体整体热负荷超过2000W，散热面热排散能力严重不足。

(c)受月面红外影响，可供散热面布局的位置非常有限(一般仅能布置于朝天面)。但由于探测器任务约束，月面上升前着陆器与上升器复合成组合体共同工作，上升器遮挡了着陆器顶面绝大部分可用于布置散热面的区域，着陆器自身缺乏有效散热通道，热排散尤为困难。

(d)月球表面存在月尘，自然环境和诱发环境可能对热控涂层造成污染，特别是月球采样、放样动作过程中均可能引起月尘激扬或洒落，散热面热沉能力不确定性很大。必须增强热控系统的适应能力与调节能力，预留足够设计裕度，尽量降低月尘等不确定因素的影响。

(e)月球存在1/6g重力加速度，限制了热管产品的使用范围。

(f)探测器热控可用重量资源严重受限，其中上升器热控重量要求尤为苛刻，如何在有限资源下实现热控分系统的功能，满足总体技术指标要求，也成为一个巨大的难题。

综合上述任务特点，月球采样返回探测器主要面临复杂任务、多组合态、极端高温环境下主动热管理难题，其中月昼正午高温环境下大功率热排散难题尤为突出。

根据任务需要，我国月球采样返回探测器月面采样及起飞准备等大功耗模式均在月昼正午阶段开展，月昼高温保障设计面临极大挑战，需要构建全新的以主动热控体制为基础的热控体系。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于组合式热沉的月球采样返回探测器自主热管理系统，能够解决月面高温环境大热耗散热、热负荷大幅变化、着陆器无有效散热通道与组合体散热面不足等难题，同时满足月昼高温保障及多任务模式协同散热的多重任务需求。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于组合式热沉的月球采样返回探测器自主热管理系统，在上升器布置主散热面，在着陆器表面布置辅助散热面，通过对空间热辐射方式排散热负荷；同时在着陆器布置水升华器组件，通过消耗升华工质的方式排散热负荷；