航天器热控制技术原理及其应用

课程编码：180215082500P1003H 英文名称：Principles and Applications of Spacecraft Thermal Control Technologies 课时：50 学分：2.50 课程属性：学科核心课 主讲教师：陈博等

本课程是为空间飞行器设计专业和卫星工程等专业的研究生系统学习航天热控技术的基本理论、掌握该学科的基本研究方法、了解学科前沿动态，并为从事相关科学和工程技术研究提供理论和工程基础，为进一步深入研究和技术攻关打下基础。

工程热力学、传热学、工程材料

第一章 绪论，航天器类型、热控需求及任务 3学时 陈博
第1节 引论、航天器概述：航天器分类、航天器轨道
第2节 航天器热控制系统的需求分析：常温（室温）要求、低温要求、恒温要求、温度均匀性要求
第3节 航天器热控制系统的任务：热控任务各个阶段、热控的任务
第二章 航天器传热学理论基础 9学时 陈博
第1节 热传导：温度场合温度梯度、导热微分方程式、导热过程的单值性条件、具有内热源的一维稳态导热、非稳态导热、导热问题的数值解法
第2节 热辐射：热辐射相关概念、热辐射能量表示方法、黑体辐射基本规律、非黑体辐射与霍尔基夫定律、角系数、表面间的辐射换热计算、包壳内具有镜射表面的辐射换热
第3节 对流换热：对流换热及其影响因素、对流换热微分方程组、相似原理及其在对流换热问题中的应用、单相强迫对流换热、自然对流换热
第三章 空间环境 3学时 陈博
第1节 地球轨道的空间热环境：大气层、自由分子加热和大气阻力、真空和低温、太阳辐射、地球反照、地球红外辐射、近地空间的粒子辐射、原子氧
第2节 地球轨道的空间外热流：太阳直接辐照、地球反照外热流、地球红外辐射热流
第3节 月球和行星的空间热环境：热环境、水星的热环境、金星的热环境、月球的热环境、火星的热环境、外行星的热环境；
第4节 发射和上升段的热环境
第5节 航天器热平衡基本原理
第四章 航天器被动热控技术 6学时 陈博
第1节 热控涂层：热控涂层的作用、热控涂层的分类、热控涂层的使用原则、热控涂层研发的几个问题
第2节 多层隔热组件：多层隔热的基本原理、多层隔热组件构成及其影响分析；
第3节 热管：热管基本工作原理、工质的流动和最大传热能力、热管设计和选用中主要考虑的因素、热管在航天器上的应用举例；
第4节 相变材料热控：相变材料热控工作原理、相变材料热控系统的热分析、相变材料的性质、相变材料热控装置在航天器上的应用举例、相变材料热控装置设计
第5节 安装界面热阻：接触热阻的定义、固体接触界面的热阻、影响接触热阻的因素、扩热板
第五章 航天器主动热控制技术 6学时 陈博
第1节 辐射式主动热控方法：热控百叶窗、热控旋转盘
第2节 导热式主动热控制方法：接触式热开关、低温热开关、可变热导热管、热二极管
第3节 对流式主动热控制方法：气体循环对流热控系统、液体循环热控制系统、两相流体回路热控制系统
第4节 电加热主动热控方法：电加热控制技术、电加热主动热控制的应用
第5节 航天器低温制冷方法：辐射式制冷器、热电制冷器、储存式（液体或固体）深冷系统、机械式制冷机、深冷传输系统；
第六章 空间热辐射器 3学时 陈博
第1节 被动结构辐射器
第2节 热管辐射器：热管辐射器的热分析计算、热管辐射器的优化设计、正交热管网络辐射器
第3节 体装式辐射器：扁平导管流体循环辐射器的热分析、管道-肋片式流体循环辐射器的热分析
第4节 可展开式辐射器：泵驱动单相流体回路的展开辐射器、回路热管（LHP）展开辐射器
第5节 新型辐射器及热泵：柔性辐射器、液滴式辐射器、热泵-辐射器热排散系统
第6节 辐射器排热系统的设计考虑：辐射器排热系统的选择、辐射器排热系统中的热耦合问题
第七章 航天器热分析计算 3学时 陈博
第1节 航天器在宇宙空间的热平衡
第2节 轨道参数计算：坐标系、轨道六根数、轨道参数计算、几种典型轨道简介；
第3节 轨道空间辐射外热流计算：太阳直接辐射、地球反照热流、地球红外辐射热流、地球反照角系数的近似计算、外热流角系数的周期平均值；
第4节 航天器温度计算：热网络模型的数学描述、热分析模型的建模依据、简化条件和节点划分、常用热分析软件简介
第5节 热网络的修正：引起热网络模型计算结果误差的原因、热网络模型和系数修正、热网络综合辐射系数修正方法
第6节 航天器内部温度简化计算：轨道周期积分平均热流法、计算举例
第八章 航天器热控制系统设计 3学时 陈博
第1节 热控系统设计：热控制系统的设计要求、热控制系统设计的基本原则、热控系统设计的主要阶段
第2节 典型部件热设计：卫星推进系统的热设计、蓄电池热控制、天线热设计、太阳电池阵热设计
第3节 电子设备的热设计：电子设备的热设计的目的、电子设备的热设计的特点、电子设备的热设计、电子设备热分析技术简介
第4节 光、机、热一体化设计方法：光、机、热一体化设计的基本框图、空间太阳望远镜主镜的光、机、热集成设计实例
第5节 航天器热控制系统设计实例：主要设计输入参数、热设计简介、热设计方案简介
第九章 航天器地面模拟试验 3学时 陈博
第1节 空间热环境模拟设备及其影响分析：真空模拟、低温和黑背景模拟、空间外热流模拟
第2节 外热流模拟方法及其装置：太阳灯热流模拟技术、非太阳灯热流模拟技术
第3节 模拟外热流测量；航天器热平衡试验方法：试验模型、试验工况的确定、试验过程和方法；航天器不稳定实验方法：比差法、近似推算法；航天器热平衡试验与数学模型修正关联问题；充气密封舱热平衡试验；其他热试验简介：上升段热试验、地面调温试验
第十章 电子芯片散热基础理论、技术及前沿 6学时 焦斌斌
第1节 半导体器件散热需求
第2节 半导体器件散热原理与方法
第3节 新挑战与新技术
第十一章 航天器热控制技术的新发展 3学时 陈博
第1节 推动热控技术发展的需求
第2节 航天器热控新材料
第3节 高热流密度散热技术
第4节 深冷系统传输技术
第5节 微小卫星通用化热控系统新概念
第6节 大型航天器的热管理
第7节 精密温度控制技术
第十二章 考试 2学时 陈博
第1节 考试

陈博，博士，硕导，中科院青年促进会会员，研究员，中国科学院空天信息创新研究院，研究领域：航天器热控设计与分析、结构分析、机热一体化设计、仿真及新技术。承担国家级型号任务30余项，负责相关星载载荷系统的热设计，其中已在轨飞行项目涉及18颗卫星/航天器的20多个分系统。
焦斌斌：男，博士，现任中国科学院微电子研究所研究员，博导，工信部“制造基础技术与关键部件”领域专家。作为项目或课题负责人承担装发领域基金重点项目、军委科技委前沿科技创新项目、军委科技委基础加强课题、装发预研项目、自然基金仪器重大项目子课题、国家重大科技专项01专项子课题，国家“863”项目子课题等十余项。累计发表SCI论文40余篇，获授权国家发明专利35项，其中PCT专利2项。