[发明专利]一种航天器大功率微波系统关键部位的热控设计方法

说明书

本发明公开一种航天器大功率微波系统关键部位的热控设计方法，根据微波系统关键部位各个设备的性能参数，确定各个设备的安装方式以及热控方案。其中，安装方式包括直接安装以及导热安装两种，热控方案则可以为以下方案中的一种，或一种以上的结合：根据设备的热耗，设计并布置热管网络；对设备的表面进行黑化处理；布置扩热板，以扩大设备的导热面积；以及热管接力。

技术领域

本发明涉及航空航天技术领域，特别涉及一种航天器微波系统关键部位的热控设计方法。

背景技术

航天器热控设计是航天器设计的重要组成部分。航天器热控设计是指根据航天器飞行任务的要求以及航天器在全寿命周期内所要经受的内外热负载的状况，系统地采取热控措施来组织航天器内外的热量交换过程，以保证航天器设备、结构及宇航员所处的环境温度等指标在规定的范围内。

随着航天任务的多样化以及空间技术的发展，航天器实现的功能逐渐多样化，功率水平呈现大幅增加的趋势。如我国空间站总功率达到近30kW，而通信卫星突破了10kW，散热量是普通卫星的10倍左右。未来的空间核动力航天器可达MW级，太空发电站将达到GW量级，是现有普通卫星散热量的近百万倍。同时，随着微波电子器件向着微小型集成化和模块化的方向发展，高热流密度也是未来航天器发展的重要趋势之一。例如用于空间通信系统的激光二极管、高功率传感芯片、GHz级LSI/VLSI电子芯片等，它们不但具有较高的集成度，其热流密度可达数百W/cm2，且具有显著的瞬时周期性工作特征。这些器件的性能和可靠性与工作温度直接相关，它不仅要求较低的工作温度，而且还要求具有良好的温度均匀性。在航天器中，高热流设备主要集中在大功率微波系统，其用于实现信号的放大、转换和传输等功能。根据功能分类，大功率微波系统一般包含信号放大器、信号转换器、大功率开关、高频电缆和信号收发器等设备。由于各类设备的尺寸、热耗、安装方式和温度需求都有差异，因此针对不同类型的微波设备需要先分析设备的特点，再确定合适的热控设计，最后结合可靠的热控工艺实现对设备的高效控温。

传统的航天器热控设计存在以下缺陷：

(1)难以满足大功率设备的散热需求：目前，航天器上的微波设备多采用向舱板导热的方式进行散热，该方法实施工艺简单，可满足大部分低热耗设备的热控需求，但是散热能力不足；

(2)难以实现设备温度的高度均匀性：传统航天器热控设计方法侧重于满足设备工作在正常温度范围内，不适用于对温度均匀性要求较高的电子元器件；

(3)难以满足小尺寸、高功率密度设备的散热需求：航天器搭载的大部分设备属于形状规则且体积较大的长方体，这种设备的安装面和表面积都较大，传统的热控设计方法即可满足其温度需求，但是，对于小尺寸、高功率密度的微波设备，则需要重新设计合理的热控方案；以及

(4)难以实现低能耗、高可靠的控温需求：传统的热控设计一般采用大散热面和加热器的组合方式，实现对微波设备的控温需求，这种方法的控温方式单一，可靠性不高，对于航天器的能源消耗较大。

因此，传统的航天器热控设计方法不适用于航天器上大功率微波设备，空间大热耗高热流密度的散热及热管理问题已经成为制约航天器未来发展的瓶颈之一。

发明内容

针对现有技术中的部分或全部问题，本发明一方面提供一种航天器大功率微波系统关键部位的热控设计方法，其针对微波系统中各关键部位的不同设备，采取了不同的热控方案，所述方法包括：

确定所述微波系统中各个设备的安装方式：

若所述设备表面涂抹油脂后，会影响其性能，则采用直接安装的方式；以及

若所述设备表面涂抹油脂后，不会影响其性能，则采用导热安装的方式，包括，在安装前，在所述设备的安装面上均匀涂抹导热硅脂；以及

根据各个设备的尺寸、热耗以及工作温度，选择一种或一种以上的热控方案并于所述设备上实施，所述热控方案包括：