一种航天器舱外机构热控装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种航天器舱外机构热控装置，属于空间热物理技术技术领域。


背景技术：

2.随着航天行业的快速发展，航天器的功能越来越多，结构也越来越复杂。热控分系统是为航天器飞行任务服务的系统，复杂的航天器对热控分系统提出了更高的要求。cn109050990a《一种可重复飞行器》公开了一种具有主动端和被动端的航天器，主动端和被动端均位于舱外，通过捕获、对接可以实现燃料等气液体的补加。诸如此类需要在舱外作业的机构系统，一方面由于其大部分暴露在宇宙冷黑空间，所处的热环境变化非常剧烈，如果不采取热控措施，舱外机构温度处于零下一百多摄氏度至零上一百多摄氏度的范围，大多数材料和部件不能够承受这样恶劣的温度，且容易受到微流星和原子氧的冲击；另一方面这些机构通常需要执行复杂的作业，运动部件多，作业时间灵活多变。基于此，自然而然要求热控分系统既要保证舱外机构在多种作业状态下的温度要求，也要求采取的热控措施不能妨碍空间作业，此外还有能耗等限制条件，这样的要求对热控分系统来说是极为苛刻的。


技术实现要素：

3.本实用新型解决的技术问题为：克服上述现有技术的不足，提供一种航天器舱外机构热控装置，解决了航天器舱外机构热控问题。
4.本实用新型解决的技术方案为：一种航天器舱外机构热控装置，包括：热控衬板(5)、热控漆层、多层隔热组件(8)、隔热垫块(11)、尼龙搭扣、接地线(12)、热敏电阻(13)；
5.热控衬板(5)的边缘具有向一侧的翻边；翻边一侧内部作为热控衬板(5)的内表面，另一侧为热控衬板(5)的外表面；热控衬板(5)的内表面通过尼龙搭扣与多层隔热组件(8)连接；
6.航天器舱外机构，包括：对接导向臂(1)、定位分离机构(2)、安装底板(3)、捕获锁定机构(4)、对接定位相机(6)和补加接口(7)；
7.对接导向臂(1)、定位分离机构(2)、捕获锁定机构(4)、对接定位相机(6)和补加接口(7)均安装在安装底板(3)上；
8.设置依次穿过热控衬板(5)、尼龙搭扣、与多层隔热组件(8)的通孔；通孔内设置隔热垫块(11)；
9.安装底板(3)与热控衬板(5)之间通过隔热垫块(11)连接，隔热垫块(11)与安装底板(3)、热控衬板(5)分别通过螺钉连接；
10.接地线(12)连接多层隔热组件(8)与安装底板(3)；
11.热控衬板(5)的外表面设有热控漆层；
12.热敏电阻(13)布置在安装底板(3)上，且位于对接定位相机(6)旁。
13.优选的，尼龙搭扣，包括：尼龙钩带(9)和尼龙绒带(10)；尼龙钩带(9)与多层隔热组件(8)连接；尼龙绒带(10)与热控衬板(5)连接；尼龙钩带(9)和尼龙绒带(10)配合，实现
热控衬板(5)与多层隔热组件(8)可拆卸连接。
14.优选的，热控漆层为acr
‑
1g白漆。
15.优选的，热控衬板(5)上对应对接导向臂(1)、定位分离机构(2)、捕获锁定机构(4)、对接定位相机(6)和补加接口(7)的位置分别设有安装孔，使热控衬板(5)上的安装孔穿过对接导向臂(1)、定位分离机构(2)、捕获锁定机构(4)、对接定位相机(6)和补加接口(7)后，与安装底板(3)实现装配。
16.优选的，还包括：薄膜型加热片(14)、控温仪(15)、电源(16)；
17.薄膜型加热片(14)，布置在安装底板(3)上，布置在对接定位相机(6)旁，用于检测温度；薄膜型加热片(14)与控温仪(15)连接，将检测温度送至控温仪(15)；当温度低于设定最低温度值时，控温仪(15)控制薄膜型加热片(14)加热至设定温度后，停止加热；电源(16)给薄膜型加热片(14)、控温仪(15)供电。
18.本实用新型与现有技术相比的优点在于：
19.(1)本实用新型能够满足航天器舱外机构的热控要求，并且具有布局简洁、实施简便、防止钩挂、抗微流星与原子氧冲击能力更强、能耗低等优势。
20.(2)本实用新型使用了热控衬板，外观简洁防钩挂性能更好，抗微流星与原子氧冲击性能更好。
21.(3)本实用新型多层隔热组件粘贴在热控衬板内侧，大大减少了机构产品的漏热量，保温性能更好。
附图说明
22.图1本实用新型航天器舱外机构示意图；
23.图2本实用新型航天器舱外机构被动热控措施实施的截面示意图；
具体实施方式
24.下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细描述。
25.本实用新型一种航天器舱外机构热控装置，包括：热控衬板(5)、热控漆层、多层隔热组件(8)、隔热垫块(11)、尼龙搭扣、接地线(12)、热敏电阻(13)；热控衬板(5)的边缘具有向一侧的翻边；翻边一侧内部作为热控衬板(5)的内表面，另一侧为热控衬板(5)的外表面；热控衬板(5)的内表面通过尼龙搭扣与多层隔热组件(8)连接；航天器舱外机构，包括：对接导向臂(1)、定位分离机构(2)、安装底板(3)、捕获锁定机构(4)、对接定位相机(6)和补加接口(7)；对接导向臂(1)、定位分离机构(2)、捕获锁定机构(4)、对接定位相机(6)和补加接口(7)均安装在安装底板(3)上；设置依次穿过热控衬板(5)、尼龙搭扣、与多层隔热组件(8)的通孔；通孔内设置隔热垫块(11)；安装底板(3)与热控衬板(5)之间通过隔热垫块(11)连接，隔热垫块(11)与安装底板(3)、热控衬板(5)分别通过螺钉连接；接地线(12)连接多层隔热组件(8)与安装底板(3)；热控衬板(5)的外表面设有热控漆层。
26.本实用新型可应用在空间飞行器对接、补加机构以及需要其他舱外作业的机构产品，本实用新型既可以保证机构产品的温度始终满足使用要求，又解决了机构产品复杂运动引起的易钩挂多层隔热组件难题，且提高了抗微流星体、原子氧冲击性能，使机构产品可靠性更高、寿命更长。
27.本实用新型一种航天器舱外机构热控装置，如图1所示，截面示意图如图2所示，包括：热控衬板(5)、热控漆层、多层隔热组件(8)、隔热垫块(11)、尼龙搭扣、接地线(12)、热敏电阻(13)；
28.热控衬板(5)的边缘具有向一侧的翻边；翻边一侧内部作为热控衬板(5)的内表面，另一侧为热控衬板(5)的外表面；热控衬板(5)的内表面通过尼龙搭扣与多层隔热组件(8)连接；
29.航天器舱外机构，包括：对接导向臂(1)、定位分离机构(2)、安装底板(3)、捕获锁定机构(4)、对接定位相机(6)和补加接口(7)；
30.对接导向臂(1)、定位分离机构(2)、捕获锁定机构(4)、对接定位相机(6)和补加接口(7)均安装在安装底板(3)上；
31.设置依次穿过热控衬板(5)、尼龙搭扣、与多层隔热组件(8)的通孔；通孔内设置隔热垫块(11)；
32.安装底板(3)与热控衬板(5)之间通过隔热垫块(11)连接，隔热垫块(11)与安装底板(3)、热控衬板(5)分别通过螺钉连接；
33.接地线(12)连接多层隔热组件(8)与安装底板(3)；
34.热控衬板(5)的外表面设有热控漆层。
35.热敏电阻(13)布置在安装底板(3)上，且位于对接定位相机(6)旁。
36.优选的，尼龙搭扣，包括：尼龙钩带(9)和尼龙绒带(10)；尼龙钩带(9)与多层隔热组件(8)连接；尼龙绒带(10)与热控衬板(5)连接；尼龙钩带(9)和尼龙绒带(10)配合，实现热控衬板(5)与多层隔热组件(8)可拆卸连接。
37.优选的，热控漆层为acr
‑
1g白漆。
38.优选的，热控衬板(5)上对应对接导向臂(1)、定位分离机构(2)、捕获锁定机构(4)、对接定位相机(6)和补加接口(7)的位置分别设有安装孔，使热控衬板(5)上的安装孔穿过对接导向臂(1)、定位分离机构(2)、捕获锁定机构(4)、对接定位相机(6)和补加接口(7)后，与安装底板(3)实现装配。
39.优选的，还包括：薄膜型加热片(14)、控温仪(15)、电源(16)；
40.薄膜型加热片(14)，布置在安装底板(3)上，布置在对接定位相机(6)旁，用于检测温度；薄膜型加热片(14)与控温仪(15)连接，将检测温度送至控温仪(15)；当温度低于设定最低温度值时，控温仪(15)控制薄膜型加热片(14)加热至设定温度后，停止加热；电源(16)给薄膜型加热片(14)、控温仪(15)供电；
41.热控衬板(5)，优选方案为：厚度为0.8mm，材料是铝合金，作用为保护机构产品并固定多层隔热组件(8)。
42.热控漆层，优选方案为：具体为acr
‑
1g白漆，初期太阳吸收比为0.23，末期太阳吸收比为0.45，红外发射率为0.89，作用为减少吸收太阳辐照，防止温度过高。
43.多层隔热组件(8)，优选方案为：由15个单元组成，每个单元为6μm双面镀铝聚酯薄膜和20d涤纶网，靠近安装底板(3)一侧是双面镀铝聚酯薄膜，15单元的多层隔热材料靠近安装底板(3)一侧增加一层20μm双面镀铝聚酰亚胺薄膜，靠近热控衬板(5)一侧增加两层20μm双面镀铝聚酰亚胺薄膜和一层防静电聚酰亚胺镀铝二次表面镜。作用为减少热控衬板(5)与安装底板(3)之间的导热和辐射换热量。
44.隔热垫块(11)，优选方案为：材料为玻璃钢，导热率为0.3w/m
·
k，作用为减少热控衬板(5)与安装底板(3)之间的导热换热量。
45.接地线(12)，优选方案为：具体型号优选为瑞侃82/0812
‑
24，作用为将多层隔热组件(8)上的静电传至安装底板(3)。
46.热敏电阻(13)，优选方案为：具体型号优选为mf5802(b4)，测温范围
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100℃～ 100℃，作用为测量关键部位的温度，并传送至控温仪(15)作为控温依据。
47.尼龙搭扣，优选方案为：由尼龙钩带(9)和尼龙绒带(10)组成，配合使用将多层隔热组件(8)粘在热控衬板(5)上。
48.优选方案为：受太阳照射时，热控衬板(5)上的acr
‑
1g白漆可以较少地吸收太阳辐射的能量，再经过多层隔热组件(8)和隔热垫块(11)的隔热作用，到达安装底板(3)的热量很少，使得安装底板(3)温度较低，受太阳照射的对接导向臂(1)、定位分离机构(2)、安装底板(3)、捕获锁定机构(4)、对接定位相机(6)和补加接口(7)等部件可将热量传至安装底板(3)，使得整个机构产品各部件的温度更加均匀，不至于过高；位于阴影区时，整个机构产品温度水平较低，一般需要通过薄膜型加热片(14)给机构产品加热，由于多层隔热组件(8)和安装底板(3)的有效接触面积较小，和隔热垫块(11)一起使用使得隔热性能更好，大大减少了机构产品向空间环境的散热量，需要较少的能源即可实现保温作用。
49.航天器舱外机构中，优选方案如下：
50.对接导向臂(1)为对接时另一飞行器提供粗略路线，完成粗校正。
51.定位分离机构(2)为对接时另一飞行器提供精确校正。
52.安装底板(3)上安装有对接导向臂(1)、定位分离机构(2)、捕获锁定机构(4)、对接定位相机(6)以及补加接口(7)等机构和零部件。
53.捕获锁定机构(4)在定位分离机构(2)完成精确校正后锁定两飞行器相对位置。
54.对接定位相机(6)拍摄另一飞行器图像，为两飞行器对接提供参考并传至地面。
55.补加接口(7)在捕获锁定机构(4)锁定两飞行器相对位置后与另一飞行器对应接口连接在一起，实现两飞行器气液物质交换。
56.本实用新型解决了航天器舱外机构热控问题，根据本实用新型的技术方案，本实用新型公开了一种航天器舱外机构热控设计方案，包括航天器舱外机构、热控衬板、热控白漆、多层隔热组件、隔热垫块、尼龙搭扣、接地线、薄膜型加热片、热敏电阻、控温仪、电源等。
57.所述的热控衬板外表面喷热控白漆，通过螺钉或螺栓安装在航天器舱外机构上，中间垫隔热垫块。
58.所述的尼龙搭扣由尼龙钩带和尼龙绒带配合使用，尼龙钩带缝合在多层隔热组件上，尼龙绒带通过强力胶粘在热控衬板上，多层隔热组件与热控衬板通过尼龙钩带和尼龙绒带粘合在一起。
59.所述的热敏电阻和薄膜型加热片布置在航天器舱外机构上，并被多层隔热组件包覆。
60.本实用新型能够满足航天器舱外机构的热控要求，并且具有布局简洁、实施简便、防止钩挂、抗微流星与原子氧冲击能力更强、能耗低等优势。
61.附图1为某典型航天器舱外机构简图，它包括对接导向臂1、定位分离机构2、安装底板3、捕获锁定机构4、热控衬板5、对接定位相机6和补加接口7等部件组成。附图2为该机
构被动热控措施实施的截面示意图，由热控衬板5、多层隔热组件8、尼龙钩带9和尼龙绒带10等组成。其中，热控衬板5外表面喷热控白漆，通过螺钉或螺栓安装在航天器舱外机构上，中间垫隔热垫块；尼龙搭扣由尼龙钩带9和尼龙绒带10配合使用，尼龙钩带9缝合在多层隔热组件8上，尼龙绒带10通过硅橡胶粘在热控衬板5上，多层隔热组件8与热控衬板5通过尼龙钩带9和尼龙绒带10粘合在一起；根据需要还可以将热敏电阻和薄膜型加热片布置在航天器舱外机构安装板上，并被多层隔热组件8包覆。本实用新型能够满足航天器舱外机构的热控要求，并且具有布局简洁、实施简便、防止钩挂、抗微流星与原子氧冲击能力更强、能耗低等优势。
62.经过测试：受太阳照射时，机构产品温度为61
‑
73℃，满足使用要求；位于阴影区时，只需40w周期平均加热功率就可以使20kg重的安装底板温度高于
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25℃，能耗比多层隔热组件直接粘在机构产品上降低了24.5％。
63.以上介绍了本实用新型的工作原理和优选方案，对于本领域的研究人员来说，其依然可以对本方案进行或大或小的修改，但是凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改均应包含在本实用新型的保护范围之内。