理论教育 温控系统实现的方法与注意事项

温控系统实现的方法与注意事项

时间:2023-06-22 理论教育 版权反馈
【摘要】:被动式温控的实现方式主要有:1)多层隔热材料。如此循环不已,可不断将热量由蒸发段传递到冷凝段。主动式温控的缺点是工作时卫星的能耗增加。最后,要及时发现和处理温控分系统本身的故障,这在一定程度上可缓解温控器件故障给卫星正常运行带来的不利影响。

温控系统实现的方法与注意事项

为了使热量适当地转移和转换,避免温度超出正常的工作范围,温控分系统为卫星各部分进行特殊设计,称为被动式温控和主动式温控。

1.被动式温控

在卫星温控系统的设计中,被动式温控是一种开环控制,也就是说在控制过程中被控对象的温度无反馈作用。通常采用具有一定热物理性能的结构材料、表面涂层和隔热材料等,来合理安排星体表面与空间环境之间及星体内部仪器部件之间的热传递,使卫星各部分处于期望的温度范围内。被动式温控的优点在于技术简单,运行可靠,工作寿命长及经济性能好;缺点是对于温度变化适应慢,不能根据情况及时调整,一旦发生老化和失效就失去作用,无备份。被动式温控的实现方式主要有:

1)多层隔热材料(MLI)。这种材料由双面镀铝聚酯薄膜和涤纶网相互交替叠成,且MLI最外层上还覆盖一层表面带导电层的单面镀铝聚酰亚胺(Kapton)膜,其镀铝层向内,导电涂层朝外,用来防止散热和隔绝其他热源。这种材料通常覆盖在太阳每天都能够照射到的东面板、西面板、对地板和背地板四个面板的表面上,以减少阳光照射引起的温度变化。

2)化学太阳反射器。将其粘贴在背地板等星体外表面,这种材料具有低吸收率和高辐射率的特点,能有效降低星体温度。

3)安装热管。在功率放大器的南北面板上安装热管,均匀传递板上不同部位的热量。热管是一种利用工质的相变和循环流动工作的传热器件,它主要由管壳、工质及具有毛细结构的管芯所组成。热管一端为蒸发段,一端为冷凝段。热能在蒸发段从外热源经管壁传给工作液体,液体蒸发(或沸腾)后成为蒸气流向另一端冷凝段,在冷凝段蒸气凝结成液体放出热量,热量经过管壁传给冷源,而液体沿管芯在毛细力的作用下,再回流到蒸发段。如此循环不已,可不断将热量由蒸发段传递到冷凝段。

热管通过蒸发和凝结进行传热,传热热阻小,所以它就可以在小的温差下传导很大的热流。热管内的工质循环是靠毛细结构中液体产生的毛细力来驱动的,因此工质循环不消耗电源,也没有机械运动部件,它运行可靠、结构紧凑。

4)卫星上元器件的布局是否合理,对热量的均匀分布很重要,设计时要尽量减少各个元器件之间不必要的热传递。

2.主动式温控

主动式温控是一种闭环控制。在控制过程中,被控制对象的温度可反馈到热控制机构上。下面介绍几种卫星常用的主动热控制设备:

1)热敏电阻。热敏电阻即温度传感器,分布在整个卫星的各个部分,用来获取温度的变化。它根据热敏电阻的阻值与温度成反比的特性,通过测量给定电压下的电流计算出电阻值,从而得到该位置处的温度。(www.daowen.com)

温度传感器按作用不同可分为两种:一种用于星载计算机对加热器的控制,即星载计算机根据一个或多个传感器测得的温度来控制加热器;另一种传感器只用来测量温度,不直接参与加热器的控制,但它是作为第一种传感器的备份,在第一种传感器出现问题时将其替换掉。

2)自动调温器。自动调温器通常用于保持星上特定部位恒定的工作温度。例如用在帆板的机械铰链阻尼器上,在卫星的发射阶段和转移轨道期间,一直处于关闭状态,在打开帆板前打开,使铰链处的温度保持在工作范围内。操作结束后,调温器被长期关闭。

3)加热器。加热器主要由星载计算机自动控制其开关,使器件工作在要求的温度范围内。控制参数以各种形式存在星载计算机上,地面可根据卫星在轨运行情况进行修改。这些控制参数主要有加热器工作方式、传感器分布和加热器开关的温度范围等。加热器的工作方式多样,可根据预先设定好的开关温度值工作,也可以由开关脉冲控制工作,一旦开关脉冲的周期和时间常数确定后,加热器的开关时间就确定了。

在卫星上,采用主动式温控方式控制温度的器件和系统很多,尤其是姿态导航控制系统和电源等分系统对温度的要求很严格,通常采用主动式温控。主动式温控有如下特点:

1)可适时调节被控对象的传热特性,对外部变化反应灵活,温度调节精度高。

2)自动化程度高,正常情况下不需要地面干预。

3)可靠性较高,一旦出现温控器件失效或损坏,可通过修改星载计算机上的控制参数,将失效器件所控器件或区域的温度控制改到相邻温控器件上,可以在一定程度上缓解器件损坏带来的不利影响。

主动式温控的缺点是工作时卫星的能耗增加。另外,由于加热器的控制中枢在星载计算机,星载计算机对加热器的控制又要通过星上的指令控制系统来实现,这种相对复杂的控制使得各系统间联系紧密,任何环节出现问题,后果都会非常严重。

在对卫星的测控工作中,测控人员要密切监视星上各部分的温度变化情况,观察其变化趋势是否在正常范围内,可通过给遥测数据设置适当的门限及时发现温度的异常变化;同时,在卫星的工作状态发生变化时,要根据实际情况对温度控制方式做出必要的调整,如卫星处在转移轨道和同步轨道时要使用不同的控制参数,随着卫星寿命的增长,星体温度升高时,也要根据情况修改控制参数。最后,要及时发现和处理温控分系统本身的故障,这在一定程度上可缓解温控器件故障给卫星正常运行带来的不利影响。

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