[发明专利]一种适用于火星表面风场环境的航天器热平衡试验方法

说明书

本发明公开了一种适用于火星表面风场环境的航天器热平衡试验方法，包括：1、确定空间模拟器内的风场环境参数与火星表面的大气环境一致；2、根据步骤1中的风场环境参数，确定空间模拟器内的均匀风场试验段的尺寸；3、将航天器设置于均匀风场试验段前后方向的中心，火面模拟装置按照与航天器实际在轨距离安装于航天器之下；使火面模拟装置的长度覆盖整个均匀风场试验段前后方向、宽度为航天器底板最大包络尺寸的1.6倍以上；控制火面模拟装置的温度与风温相同，并保证发射率大于等于0.85；4、通过旋转航天器调节风场来流与航天器之间的角度，模拟不同风向；5、验证低风温区不同风速和风向对舱外强迫对流换热的影响。

技术领域

本发明涉及航天器热控技术领域，具体涉及一种适用于火星表面风场环境的航天器热平衡试验方法。

背景技术

航天器热平衡试验是在模拟空间热环境条件下，验证航天器热设计的正确性，考核热控产品的功能和性能，修正航天器热分析模型，是航天器研制过程中的一项重要试验。

传统的航天器热平衡试验都是在真空模拟器内安装低温热沉模拟航天器真空、低温、黑背景的空间环境，采用红外热流模拟设备(红外笼、红外灯阵和电加热器等)模拟空间辐射外热流，直接验证航天器热控分系统的功能和性能。

火星表面存在着温度范围-123℃～+27℃、压力范围150Pa～1400Pa、主要成分为CO2、风速为0～15m/s的大气环境，这将使火星表面航天器外表面产生强迫对流换热。传统的航天器热平衡试验方法不再适用于低气压、宽温区、高风速、CO2气体为主要成分的火星表面大气环境下航天器热控分系统功能和性能的直接验证，需要对火星表面的气体、压力、温度、风速和空间辐射外热流同时进行复合模拟。国内现有的设备条件是无法完成同时复合模拟的，特别是与低气压风场环境复合模拟，尤其困难。另外地面1g重力环境无法直接准确模拟火面1/3g重力环境下的舱内外自然对流效应，这也给直接验证带来困难。

在国内现有的地面模拟设备条件下，如何实现在火星表面风场环境下的航天器热控分系统的热平衡试验验证，是亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种适用于火星表面风场环境的航天器热平衡试验方法，适用于火星表面开放、低气压、宽温区、高风速、主要成分为CO₂的大气环境；基于国内现有设备能力，通过分析评估实现火星表面气体、风场、温度、气压等环境因素的有效模拟，采用基于热数学模型修正的间接验证方法，实现外部风场强迫对流对航天器热控分系统功能和性能影响的验证。

本发明的技术方案为：一种适用于火星表面风场环境的航天器热平衡试验方法，包括以下步骤：

步骤一：确定航天器热平衡试验所用空间模拟器内的风场环境参数与火星表面的大气环境一致；其中，风场环境参数包括气体成分、气压、风温和风速；

步骤二：根据步骤一中的风场环境参数，确定空间模拟器内的均匀风场试验段的尺寸；

步骤三：将航天器设置于均匀风场试验段前后方向的中心区域，火面模拟装置按照与航天器实际在轨距离安装于航天器之下；使火面模拟装置的长度覆盖整个均匀风场试验段前后方向、宽度为航天器底板最大包络尺寸的1.6倍以上；控制火面模拟装置的温度与风温相同，并保证发射率大于等于0.85；

步骤四：通过旋转航天器调节风场来流与航天器之间的角度，模拟不同风向；

步骤五：验证低风温区不同风速和风向对舱外强迫对流换热的影响。

优选地，所述步骤一中的气体成分为CO₂。

优选地，所述步骤一中气压通过压力调节系统控制在恒定值。

优选地，所述恒定值为1400Pa±10Pa。

优选地，所述步骤一中风温控制为火星表面低温区的温度，且高于CO₂的冷凝限。