[发明专利]一种新型超轻高效的空间粒子辐射器系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于空间热控系统的基于固液两相流混合换热分离的超轻高效型空间粒子辐射器系统，用于将大结构航天器与空间能源动力系统产生的大量废热在有效减轻辐射器质量的基础上，高效地排散到太空中。

背景技术

航天器的热控制技术主要是控制航天器内部及内部与外部太空环境之间的热交换过程，使航天器内部的热状态(温度、湿度等)处于要求范围内，保证航天员及设备能够正常工作。在太空微重力环境下，航天器内部的仪器设备及航天员产生的热量通过热控制循环回路传递到空间辐射器，最后以辐射方式散发到太空中去。空间辐射器作为航天器和太空环境之间进行热量交换的主要装置，通常占整个热控系统质量的50％～60％左右。

近年来，随着大型航天器、空间站的迅速发展，其耗电功率会愈来愈大，必然导致其热功耗也随之增大，使传统的热控技术面临新的挑战，难以适应新的发展。据文献记载，现有的空间发展计划，选择用同位素动力(其供电功率在10kw以上)、太阳能动力(其供电功率在100kw以上)和核能热动力(其供电功率在100kw以上)等大型供电系统，为大型航天器提供能源，它们主要拟定应用于IR监测航天器、空间雷达站、空间化学激光平台和空间武器平台，它们的耗电功率大都是在10kw～100kw范围。自由号空间站耗电功率更大，拟议中的第一期工程耗电功率为100kw，第二期工程耗电功率为300kw。然而，这些空间平台或空间站，能源转换的效率都极低，通常低于10％，大量的能源都要转化成耗散热，必须排向宇宙空间。如果简单的沿用现有的空间辐射器技术，必然会导致空间辐射器十分庞大，此外，驱动热控制循环回路中载热体流动的动力也是有限的。因此在满足热控能力和强度的条件下，设计高效的空间辐射器对航天器热控系统的轻量化设计是非常重要的。

就目前应用于空间热辐射器的设计技术而言，主要包括直接利用航天器结构表面本身的被动结构辐射器；利用热管高导热性能的热管辐射器；体装式辐射器；可展开式辐射器和一些新型的辐射器类型。在现有空间热辐射器的设计中，使用比较多的是由一系列热管和管翘结构组成，冷冻剂流动在管翘结构中。对这些管的要求是要足够的结实，以保证最小化微型流体的渗透；除此以外，流体长距离的传输也是必须的。而如果将这种相对质量比较重的热管循环流辐射器的设计技术应用于未来的大结构空间航天器和空间能源动力系统中，发射质量和所占空间将大幅度的增加，同时需要的成本费用也是十分庞大的。而现正处于实验阶段的液滴式辐射器和液膜式辐射器尽管在质量上占有很大的优势，但其在工作时间上，对周围空间环境的污染上，工作流的蒸发损失上都存在着一定的问题。所以研究和开发质量更轻，占用空间更小，效率更高以及成本费用更低，抗干扰性更强和对周围空间环境不会形成污染的新型空间辐射器是十分必要的。

对于所有的空间系统，空间中的散热问题均是一个关键性的难题，从空间飞行器，同步卫星，空间站再到月球或行星基地等，它们的散热问题都将直接影响这些系统设备的工作安全性，高效型和可靠性。对于这些设备而言，如果没有合适的工作温度，即舒适的工作环境，在空间中这些设备的工作效率就会效率降低甚至会彻底报废，成为宇宙垃圾。因此，研究和发展先进的空间热辐射器，是空间各种系统更好进行有效工作的有效手段。

鉴于空间飞行器，卫星，空间站等空间设备热控系统的重要性和必要性，为了能够在降低整体空间热控系统质量的基础上，有效提高换热效率和降低制造成本，以及为将来研制大结构空间设备和深空探测设备做必要的技术储备，迫切需要对超轻高效型的空间热辐射器进行详细而深入的研究，发展先进的空间系统设备的热控新技术。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种热辐射设备，其特征在于包括：粒子喷射器，用于将粒子发射到空间中；粒子收集器，用于收集所述粒子喷射器发射的粒子；热交换器，用于与所述粒子进行热交换。

根据本发明的另一个方面，提供了一种热辐射方法，其特征在于包括：用粒子喷射器将粒子发射到空间中；用粒子收集器收集所述粒子喷射器发射的粒子；用热交换器进行所述粒子的热交换。

附图说明

图1为根据本发明的一个实施例的空间粒子辐射器的示意图。

图2为根据本发明的一个实施例的空间粒子辐射器的工作流程图。

图3为根据本发明的一个实施例的空间粒子辐射器的示意结构图。

附图标号：

101 粒子收集器          102 固液两相混合式热交换器

103 固液两相流体泵      104 固液两相旋流分离器