一种航天微重力自悬浮液态金属微球阵列均温腔热控装置的制作方法

本发明涉及航天器热控，尤其涉及一种航天微重力自悬浮液态金属微球阵列均温腔热控装置。

背景技术：

1、航天器在轨运行过程中，长期处于微重力、空间强冷热交变、宇宙强辐照、低轨原子氧侵蚀的极端复杂工况。星载高精度光学载荷、大功率led光源等核心设备对工作温度稳定性、均温性要求极高，温度波动过大、局部过热或低温失效会直接导致设备成像精度下降、光源衰减、使用寿命缩短，甚至引发设备故障、任务失效等严重问题，因此高效、稳定、长效的热控装置是保障航天设备在轨可靠运行的核心关键部件。

2、目前传统航天相变热控装置多采用底部液滴换热、单层相变工质换热结构，换热工作区域高度局限于腔体底部热源对接位置，存在明显的换热覆盖范围窄、有效换热面积小、整体换热效率低的固有缺陷。该类局部换热模式仅能对热源对接区域进行有限温控，腔体侧壁、顶壁大面积区域无法参与有效热交换，导致设备工作过程中腔体内部局部热点突出、整体温场梯度大、全域均温性能极差，难以满足星载精密电子设备、探测载荷对温度均匀性与温控稳定性的严苛要求。同时，传统相变热控结构未针对太空微重力特殊工况设计专属介质束缚定位结构，液态换热、导热介质完全依靠重力自然分布，在轨道微重力无约束环境下极易出现漂浮、团聚聚集、分层偏移、局部空缺等问题，造成导热换热网络紊乱、局部热阻激增，导致装置在轨热控性能大幅波动、热控稳定性持续衰减，无法适配航天器长期在轨工作需求。为此，我们提出了一种航天微重力自悬浮液态金属微球阵列均温腔热控装置来解决以上问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术中存在的问题，而提出的一种航天微重力自悬浮液态金属微球阵列均温腔热控装置，其采用立体锚固微结构约束液态金属阵列、双层梯度相变温控、高真空隔热与高效辐射散热一体化协同设计，可实现太空全工况高精度全域均温控温、长效抗空间极端环境侵蚀及无源稳定高效散热，大幅提升航天器热控稳定性、环境适应性与在轨服役寿命。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种航天微重力自悬浮液态金属微球阵列均温腔热控装置，包括密封真空腔体、热源安装基座、耐原子氧梯度防护镀膜、低温相变缓冲工质夹层、立体锚固微结构层、自悬浮镓基液态金属微球阵列、主相变工质及辐射散热翅片；

4、所述密封真空腔体为整体密封式真空结构，所述热源安装基座一体化焊接固定在密封真空腔体底部，用于对接固定星载待控温热源设备并导入热量，所述密封真空腔体内壁全域镀覆耐原子氧梯度防护镀膜，所述低温相变缓冲工质夹层贴附于耐原子氧梯度防护镀膜内侧，沿腔体侧壁、顶壁全域薄层铺设，所述立体锚固微结构层为微米级阵列凹凸结构，电镀成型于低温相变缓冲工质夹层内侧，所述自悬浮镓基液态金属微球阵列束缚排布在立体锚固微结构层的孔隙间隙内，所述密封真空腔体下半区填充主相变工质。

5、优选地，所述密封真空腔体采用航空高强铝合金或钛合金材质，通过整体焊接+精密封焊工艺成型，无拼接缝隙。

6、优选地，所述热源安装基座采用无氧铜或高导热铝合金材质，所述热源安装基座与待控热源之间在轨装配时填充航天导热硅脂/金属箔导热界面材料。

7、优选地，所述耐原子氧梯度防护镀膜为多层梯度复合结构，由基材向外逐层分为基材过渡层、原子氧阻隔层、抗辐照保护层。

8、优选地，所述辐射散热翅片为矩形薄壁阵列结构，翅片覆盖率不低于腔体外侧总面积的85%，所述辐射散热翅片表面采用阳极氧化+高辐射率涂层处理。

9、优选地，所述低温相变缓冲工质夹层采用石蜡基复合相变材料，相变温度区间为0～15℃，相变潜热≥180kj/kg。

10、优选地，所述立体锚固微结构层为精密微电铸成型的正六边形阵列孔隙结构。

11、优选地，所述主相变工质采用聚乙二醇基复合相变材料，相变温度区间为25～45℃，相变潜热≥220kj/kg。

12、本发明与现有技术相比，其有益效果为：

13、1、本航天微重力自悬浮液态金属微球阵列均温腔热控装置，采用立体锚固微结构层对自悬浮镓基液态金属微球阵列进行机械束缚，解决太空微重力工况下导热工质漂浮、团聚、分布不均、性能衰减的难题，长期保持稳定高效的全域导热网络。同时搭配低温相变缓冲工质夹层与主相变工质构成的双层梯度相变温控体系，突破传统单一相变工质窄温域局限，既可实现高温储热抑温、又可实现低温释热保温，有效削弱设备高低温交变热应力，配合密封真空腔体的高真空隔热结构，消除空气对流换热干扰，显著提升星载精密仪器设备的工作稳定性与探测精度。

14、2、本航天微重力自悬浮液态金属微球阵列均温腔热控装置，在密封真空腔体内壁全域设置三层梯度耐原子氧梯度防护镀膜，通过基材过渡、原子氧阻隔、抗辐照防护的复合层级结构，有效抵御低轨原子氧侵蚀、空间紫外及高能粒子辐照等极端空间环境因素，杜绝腔体基材氧化腐蚀、老化失效，同时隔绝金属基材与相变工质的化学腐蚀反应，避免内部工质变质失效。

1.一种航天微重力自悬浮液态金属微球阵列均温腔热控装置，其特征在于，包括密封真空腔体（1）、热源安装基座（2）、耐原子氧梯度防护镀膜（3）、低温相变缓冲工质夹层（4）、立体锚固微结构层（5）、自悬浮镓基液态金属微球阵列（6）、主相变工质（7）及辐射散热翅片（8）；

2.根据权利要求1所述的一种航天微重力自悬浮液态金属微球阵列均温腔热控装置，其特征在于，所述密封真空腔体（1）采用航空高强铝合金或钛合金材质，通过整体焊接+精密封焊工艺成型，无拼接缝隙。

3.根据权利要求1所述的一种航天微重力自悬浮液态金属微球阵列均温腔热控装置，其特征在于，所述热源安装基座（2）采用无氧铜或高导热铝合金材质，所述热源安装基座（2）与待控热源之间在轨装配时填充航天导热硅脂/金属箔导热界面材料。

4.根据权利要求1所述的一种航天微重力自悬浮液态金属微球阵列均温腔热控装置，其特征在于，所述耐原子氧梯度防护镀膜（3）为多层梯度复合结构，由基材向外逐层分为基材过渡层、原子氧阻隔层、抗辐照保护层。

5.根据权利要求1所述的一种航天微重力自悬浮液态金属微球阵列均温腔热控装置，其特征在于，所述辐射散热翅片（8）为矩形薄壁阵列结构，翅片覆盖率不低于腔体外侧总面积的85%，所述辐射散热翅片（8）表面采用阳极氧化+高辐射率涂层处理。

6.根据权利要求1所述的一种航天微重力自悬浮液态金属微球阵列均温腔热控装置，其特征在于，所述低温相变缓冲工质夹层（4）采用石蜡基复合相变材料，相变温度区间为0～15℃，相变潜热≥180kj/kg。

7.根据权利要求1所述的一种航天微重力自悬浮液态金属微球阵列均温腔热控装置，其特征在于，所述立体锚固微结构层（5）为精密微电铸成型的正六边形阵列孔隙结构。

8.根据权利要求1所述的一种航天微重力自悬浮液态金属微球阵列均温腔热控装置，其特征在于，所述主相变工质（7）采用聚乙二醇基复合相变材料，相变温度区间为25～45℃，相变潜热≥220kj/kg。