用于微小卫星高热耗短时工作设备一体化热控装置及系统的制作方法

本发明涉及卫星热控制，尤其是涉及一种用于微小卫星高热耗短时工作设备一体化热控装置及系统。

背景技术：

1、随着卫星任务需求的不断深入，设备集成设计程度越来越高，一方面设备输出功率不断增大，热耗也随之增加，若热量不及时散出去，设备极易超温，从而减少电子元器件的寿命以及降低其工作可靠性，有研究表明，单个半导体元件的温度在70℃~80℃水平上每升高1℃，系统可靠性降低5%。另一方面，因微小卫星体积小，热容小，而高热耗短时工作设备一般直接导热安装在舱板上，工作时设备温度波动大，若不采取有效的热控措施，会造成安装面的温度波动大，这对于有热稳定性要求的舱板来说，可能无法满足其要求。

2、目前，针对高热耗短时工作设备的热控手段通常有以下几种：1、设备直接导热安装在舱板上，舱板表面设置散热面，通过增大散热面面积以满足散热需求，为提高散热面的均温性，在舱板内部预埋正交热管网络，然而微小卫星舱板尺寸小，散热面积可能不足，另外小尺寸热管制造困难，同时因热管两端有堵头和封头，导致可利用的热管长度有限；2、利用相变材料储能原理，抑制设备短时温升，因相变材料在吸热和放热过程中，具有等温或近似等温的特点，特别适用于具有周期性工作的高热耗短时工作设备，但因相变材料自身导热能力差，均温性差，通常先将设备安装在均温板（vc板，一种具有毛细芯的平板结构，充入液态工质后，通过工质的气液相变来实现均温，也叫平板热管，具有二维传热特性），均温板再安装至相变部件上，最后整体安装在舱板上，通过在舱板表面设置散热面，将设备热量最终通过散热面排散至冷空间；或设备直接安装在相变储能均温板（兼具均温能力和储能能力），为减小传导路径，在储能相变均温板表面直接设置散热面。

3、经对现有技术检索，申请号为202110156193.x的专利申请提出一种大功耗发射机的轻量化热控装置，采用轻量化预埋热管、轻型osr、轻量化胶黏剂及低温补偿加热器，解决了大功耗单机的散热难题，但系统不具备温度抑制能力。申请号为201811528448.5的专利申请提出一种基于石墨烯和铜条适用于微纳卫星的等温化热控装置，通过石墨烯热扩散片及铜条优异的导热性能将舱板等温化，系统同样不具备温度抑制能力。申请号为201610667666.1的专利申请提出一种空间大热耗瞬态工作单机的一体化热控方法，将相变储能装置直接加工在单机安装面，减小了接触热阻，提高了换热效率，抑制了设备温升，但系统不具备横向均温能力，设备热量无法快速扩散，同时因相变材料导热性能差，相变部件在纵向方向存在一定的温度梯度，这一方面导致相变材料利用率不高，另一方面因相变材料置于设备和热沉中间，导致设备与热沉之间的热阻较大。申请号为202022519466.4的专利申请提出一种储能式平板热管装置，同时兼顾平板热管的均温能力和相变材料的储能功能，但因相变材料同样置于发热元件和热沉中间，一方面导致设备与热沉之间的热阻较大，另一方面设备热量无法通过平板热管快速扩散至整个平面。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于微小卫星高热耗短时工作设备一体化热控装置及系统，解决了高热耗短时工作设备传热、扩热、散热以及温度波动问题，缩短了设备内部元器件与热沉之间的热传导路径，提高了相变部件的利用率，减小了高热耗短时工作设备对卫星舱板温度稳定性的影响。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种用于微小卫星高热耗短时工作设备一体化热控装置，包括：高热耗短时工作设备、卫星舱板和热控结构；

3、所述卫星舱板的局部位置设置有开孔，所述高热耗短时工作设备置于所述卫星舱板内侧，所述热控结构置于所述卫星舱板外侧，所述高热耗短时工作设备经所述开孔固定在所述热控结构上；

4、所述高热耗短时工作设备采用模块化拼接式构型，所述高热耗短时工作设备包括电路板、发热元器件和设备结构框，所述发热元器件经所述电路板固定在所述设备结构框上，所述设备结构框采用平板热管；

5、所述热控结构包括设备安装部件和相变部件，所述相变部件表面和所述设备安装部件表面粘贴有第一高导热薄膜，所述设备安装部件的一侧作为热沉侧，所述设备结构框和所述相变部件固定在所述设备安装部件的非热沉侧，所述设备安装部件采用平面热管。

6、在一种实施方式中，所述设备结构框对应所述发热元器件处设置有散热凸台，所述发热元器件与所述散热凸台之间填充导热垫，以减少所述发热元器件与所述散热凸台之间的接触热阻。

7、在一种实施方式中，所述设备结构框与所述设备安装部件的所述非热沉侧之间，以及所述相变部件与设备安装部件的所述非热沉侧之间，均采用金属钎料连接并通过真空加热扩散焊焊接。

8、在一种实施方式中，所述设备结构框侧面粘贴有第二高导热薄膜，所述第一高导热薄膜与所述第二高导热薄膜之间搭接；所述第一高导热薄膜和所述第二高导热薄膜均采高导热石墨烯薄膜。

9、在一种实施方式中，所述高热耗短时工作设备除安装面之外的其他表面均包覆第一隔热组件。

10、在一种实施方式中，所述设备安装部件的所述热沉侧设置热控涂层。

11、在一种实施方式中，所述设备安装部件通过第二隔热组件隔热安装在所述卫星舱板外侧。

12、在一种实施方式中，第二隔热组件包括螺钉、隔热垫和预埋件，所述隔热垫分别置于所述设备安装部件的两侧，所述预埋件预埋在所述卫星舱板内部，所述螺钉经所述设备安装部件两侧的所述隔热垫固定在所述预埋件上。

13、在一种实施方式中，所述开孔中除所述高热耗短时工作设备之外的区域，采用第三隔热组件进行封堵。

14、第二方面，本发明实施例还提供一种用于微小卫星高热耗短时工作设备一体化热控系统，包括微小卫星和第一方面提供的任一项所述的用于微小卫星高热耗短时工作设备一体化热控装置，所述用于微小卫星高热耗短时工作设备一体化热控装置设置于所述微小卫星上。

15、本发明实施例提供的一种用于微小卫星高热耗短时工作设备一体化热控装置及系统，包括：高热耗短时工作设备、卫星舱板和热控结构；卫星舱板的局部位置设置有开孔，高热耗短时工作设备置于卫星舱板内侧，热控结构置于卫星舱板外侧，高热耗短时工作设备经开孔固定在热控结构上；高热耗短时工作设备采用模块化拼接式构型，高热耗短时工作设备包括电路板、发热元器件和设备结构框，发热元器件经电路板固定在设备结构框上，设备结构框采用平板热管；热控结构包括设备安装部件和相变部件，相变部件表面和设备安装部件表面粘贴有第一高导热薄膜，设备安装部件的一侧作为热沉侧，设备结构框和相变部件固定在设备安装部件的非热沉侧，设备安装部件采用平面热管。上述装置高热耗短时工作设备中的设备结构框、设备安装部件均采用平板热管，设备结构框固定在设备安装部件的非热沉侧上，既能满足高热耗短时工作设备的扩热需求，又能保证结构安装要求；另外，设备安装部件的一侧作为高热耗短时工作设备的安装面（也即非热沉侧），另一面作为高热耗短时工作设备的热沉侧，减小了高热耗短时工作设备与热沉侧之间的热传导路径；再者，相变部件固定在设备安装部件的非热沉侧上，进一步缩短了高热耗短时工作设备与热沉侧之间的热传导路径，减小了高热耗短时工作设备与热沉侧之间的温差，提高了发热元器件工作寿命及工作可靠性；此外，在相变结构和设备安装部件表面粘贴高导热薄膜，进一步提升了相变部件横向均温性，同时降低了相变部件纵向温度梯度，提供了相变材料整体利用率，减轻了热控装置总重；最后，通过将热控结构置于卫星舱板外，减小了高热耗短时工作设备对卫星舱板温度稳定性的影响。

16、本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

17、为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。