有效载荷热分析与设计

课程编码：180215082500M1007H 英文名称：Payload Thermal Design and Analysis 课时：50 学分：2.50 课程属性：学科核心课 主讲教师：张汉勋等

本课程以航天器热控制和飞行器环境控制理论和技术为基础，结合航空航天领域内常见的有效载荷产品(如光机载荷、电子载荷、高能物理探测器、生命与生态载荷等)的系统组成与工作特点、工作环境与热控需求，讲述热设计仿真理论与方法、载荷产品从地表到深空可能身处的各类热环境的特点及相关分析方法，介绍常用的主动热控和被动热控措施，展示典型的热设计分析过程，在让学生掌握基础理论知识和应用技术的同时，接触工程实际，了解有效载荷产品研制各阶段（包括方案论证、研制、试验、飞行等）热设计与热分析工作的内容、方法，为学生将来顺利开展科学和应用载荷产品的热控相关工作打下必要基础。

传热学

第一章 有效载荷产品及其工作的热环境
第1节 介绍典型的空间科学与应用类有效载荷产品及其工作的热环境 2学时 张汉勋
第2节 明确热控需求及热控工作的内容 1学时 张汉勋
第二章 热设计仿真理论与方法
第1节 介绍基本的传热学、流体力学、工程热力学知识 1学时 张汉勋
第2节 讲述热仿真集总参数-有限差分理论、节点—热网络方法、有限元方法 2学时 张汉勋
第三章 热环境
第1节 介绍地表热环境、对流层热环境、平流层热环境 1学时 张汉勋
第2节 介绍自由分子流加热、轨道空间环境 1学时 张汉勋
第3节 介绍深空探测环境、返回（星球探测）热环境 1学时 张汉勋
第四章 热控措施
第1节 被动热控措施——多层隔热材料 2学时 盛强
第2节 被动热控措施——相变材料 1学时 盛强
第3节 被动热控措施——热控涂层 2学时 刘颖
第4节 被动热控措施——热管 2学时 刘颖
第5节 被动热控措施——接触热阻（隔热及导热强化） 2学时 刘颖
第6节 被动热控应用实例——辐射散热面及热辐射器 2学时 张汉勋
第7节 主动热控措施——辐射式主动热控方法 0.5学时 张汉勋
第8节 主动热控措施——导热式主动热控方法 0.5学时 张汉勋
第9节 主动热控措施——对流式主动热控方法（单相/两相流体回路） 6学时 盛强
第10节 主动热控措施——电加热主动热控方法 1.5学时 杜昌帅
第11节 主动热控措施——制冷技术 1.5学时 杜昌帅
第12节 热控实例——星/箭/机载类有效载荷热控实例介绍 1学时 张汉勋
第五章 建模与分析过程演示
第1节 讲述建模、分析、数据处理流程与注意事项 1学时 张汉勋
第2节 介绍光、机、电、热、轨道姿态、总体等系统与热控系统的数据共享与交互。 1学时 张汉勋
第六章 有效载荷产品研制各阶段的热设计与分析工作
第1节 讲述有效载荷产品研制各阶段热控系统所开展的设计、分析工作内容及特点 1学时 杜昌帅
第2节 讲述有效载荷产品研制各阶段热控系统所开展的试验（实验）、测试工作内容及特点 2学时 杜昌帅
第七章 空间站有效载荷热控示例介绍
第1节 介绍国际空间站、中国在建空间站的有效载荷产品热控方案（实验柜环控） 3学时 盛强
第2节 介绍国际空间站、中国在建空间站的有效载荷产品热管理理论与方法 3学时 薛晶
第3节 介绍国际空间站、中国在建空间站的有效载荷产品热设计与分析工作 3学时 薛晶
第4节 介绍国际空间站、中国在建空间站的有效载荷产品热试验工作 3学时 杜昌帅
第八章 技术展望
第1节 结合有效载荷产品的未来需求和热控制理论和技术的发展方向，介绍新技术和新理论 2学时 薛晶

首席，张汉勋简介：从2001年起从事航天航空有效载荷产品热设计分析、产品研制、热技术状态管理等工作。曾经负责神舟飞船系列、天宫系列、空间站等项目应用系统总体热控方案设计与研制工作、火箭/卫星/平流层飞艇/飞机/月球探测器等项目热控方案设计和计算分析工作。主持或参与的国家项目包括载人航天工程项目、空间科学先导专项、自然科学基金等。

主讲教师，盛强简介：中国科学院空间应用工程与技术中心集成技术中心副主任，研究员，硕士生导师，青促会会员。主要研究方向为复杂系统高效热控技术，空间单相流体回路技术等。作为技术负责人主持、参加科研项目共计20余项，包括国家重大专项、国家自然科学基金、A类先导专项，航空航天相关型号任务。主要负责空间有效载荷总体、热控设计和空间站空间应用系统在轨气液支持的总体设计，国内首次实现了多达29条并联支路的集群式热源的综合热管理。顺利完成53台套空间站科学实验柜热控抽屉类产品的研制和交付工作，在轨运行状态良好。发表论文30篇，15项专利，编写国家标准1项。

主讲教师，薛晶简介：副研究员、主任设计师。长期从事空间热控技术、空间载荷机电热一体化设计技术、空间复杂系统集成化热控技术的研究与应用。负责多项国家重大专项、科技部重点计划项目的研发工作，先后参与神舟飞船、天宫一号/二号、空间站核心舱/问天舱/梦天舱等载人航天工程研制任务。著有专著1部，发表核心期刊论文20余篇，专利7项，国家标准2项。

主讲教师，杜昌帅简介：副研究员，负责中国空间站工程任务梦天实验舱应用系统有效载荷总体热控方案设计、研制和测试验证等工作，成功研制了33套产品，地面热试验和在轨测试均验证了有效载荷热控设计的合理性和正确性。在有效载荷热设计、热分析和试验验证等方面具备丰富工程经验。

助教，刘颖简介：高工，先后承担空间站核心舱/问天舱/天舟一号货运飞船应用总体热控工作，多次作为系统热试验指挥规划实施有效载荷参加整器热试验。目前担任载人月球项目应用系统热控副主任设计师。主要研究方向为载人航天有效载荷热设计及应用，有着丰富的航天器热控制工程实施经验。