摘要
微小卫星具有体积小、重量低、低成本、低风险和研制周期短等优势，成为目前国际航天技术领域的研究热点。然而，微小卫星在工作过程中产生的高热流密度和低热惯性为微小卫星热控设计带来了巨大的挑战。本文以某型号微小卫星为例，基于石墨烯优异的热学性能，提出了整星等温热控设计方案，并对石墨烯导热层对热控系统的优化效果进行分析。 根据微小卫星设计基本原则和温度要求，对比分析国内外热设计方案，确定了微小卫星被动热控为主，主动热控为辅的热控设计方案。同时，提出在微小卫星外板散热面位置铺设石墨烯导热层的方法增强散热面与卫星内部单机之间的热传递。 利用Thermal Desktop有限元软件建立微小卫星热分析模型。通过对微小卫星的轨道及外热流的分析计算，确定卫星散热面位置及大小，并得到微小卫星在高温工况和低温工况下稳态及瞬态温度分布。分析结果表明整星温度及单机温度均在温度要求范围之内，但在热功率较大单机附近出现局部温度过高的情况。 通过在散热面位置设置不同厚度的石墨烯导热层对整星及单机热控方案进行优化。对卫星进行高温工况和低温工况下的温度场分析，结果表明石墨烯导热层可以使卫星整体温度分布更加均匀，有效降低微小卫星内部单机的温度波动。随着石墨烯导热层厚度的增加，单机温度降低的更加明显。 为验证石墨烯导热层适用于微小卫星等温化设计的可行性，设计了微小卫星外板主要材料——铝蜂窝夹层板的红外热成像实验。实验结果表明，石墨烯导热层可以显著提升微小卫星等温化效果，可加速将外板热量传递到低温区域，从而减小能源消耗，降低对主动加热的需求。
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