一种倾斜轨道星载原子钟控温系统的制作方法

本发明属于航天器热控制领域，涉及一种倾斜轨道星载原子钟控温系统。

背景技术：

1、随着航天技术的不断发展，星载有效载荷对其工作温度控制精度、温度稳定度提出了更高的要求。星载原子钟作为导航信号生成和系统测距的星上时间基准，为星座卫星系统提供精确稳定的频率源，是星座卫星系统有效载荷的核心部件，其性能直接决定用户的定位精度。温度稳定性是影响原子钟输出频率稳定性的主要因素之一。星载原子钟在实际应用中环境温度变化较大，为使星载原子钟在实际应用中也能达到较高的稳定度指标，尤其是天稳定度指标，必须降低整机的温度敏感性(频率－温度系数)，这对整机的热设计提出了极高的要求。

2、航天器在轨飞行时，轨道外热流波动和舱内热源的变化会影响整星的温度水平。航天器吸收的轨道外热流会随其表面热光学性质及航天器在轨位置、姿态的变化而变化。而作为单个舱内设备，它的温度不仅受自身热耗的影响，而且还与整星温度场密切相关。对于部分暴露在舱外的设备，其温度水平还直接受到轨道外热流波动的影响。因此，对有高精度控温需求的设备，通常采用与外部热扰动隔离，并辅以电加热主动控温技术，以对其提供精确的温度控制。我国导航卫星采用铷钟控温小舱和pid高精度控温设计实现了铷原子钟的高精度温度控制。

3、某星座卫星运行在低轨临界倾角轨道，轨道倾角为63.41°，卫星采用对地三轴稳定的姿态，太阳光线与卫星轨道面的夹角在卫星寿命期间在不停的变化，导致卫星没有固定的降交点地方时和固定的太阳光照角，β角(太阳光与轨道面夹角)在-86.9°～+86.9°之间变化。与高轨导航卫星相对稳定的散热条件不同，该卫星原子钟安装在外热流变化剧烈的对天面上，一圈中(0°的β角附近)外热流会经历从太阳直照到阴影的变化，变化周期短，幅度大，这对于高稳定度铷钟控温设计带来了很大的挑战。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种倾斜轨道星载原子钟控温系统，可以有效隔离外热流波动对于原子钟温度稳定性的影响，降低原子钟控温回路功耗补偿需求，满足了极端空间外热流条件下星载原子钟高稳定度控温需求。

2、本发明解决技术的方案是：

3、一种倾斜轨道星载原子钟控温系统，包括原子钟安装板、2个原子钟、4个薄膜电加热器、2个热敏电阻、2个氨轴向槽道热管、多层隔热组件、相变传热装置和热控涂层；

4、其中，原子钟安装板为水平放置的圆板状结构；2个原子钟对称安装在原子钟安装板上表面；4个薄膜电加热器贴附在原子钟安装板的上表面；2个热敏电阻贴附在原子钟安装板的上表面；2个氨轴向槽道热管中心对称设置在原子钟安装板内部，且与薄膜电加热器和热敏电阻位置对应；相变传热装置设置在原子钟安装板的下表面；相变传热装置的底部贴附有热控涂层；多层隔热组件包覆在原子钟安装板、原子钟、薄膜电加热器、热敏电阻的裸露外壁；原子钟安装板与外部卫星舱板对接。

5、在上述的一种倾斜轨道星载原子钟控温系统，所述原子钟安装板为15～21mm厚的铝蜂窝板；原子钟与原子钟安装板之间填充导热脂。

6、在上述的一种倾斜轨道星载原子钟控温系统，所述原子钟安装板上表面的外沿处沿周向设置有聚酰亚胺隔热垫进行覆盖。

7、在上述的一种倾斜轨道星载原子钟控温系统，所述聚酰亚胺隔热垫的位置位于原子钟安装板与外部卫星舱板的对接处；通过聚酰亚胺隔热垫实现原子钟安装板与外部卫星舱板之间的隔热；聚酰亚胺隔热垫的厚度不小于5mm。

8、在上述的一种倾斜轨道星载原子钟控温系统，所述多层隔热组件单元数不小于10单元。

9、在上述的一种倾斜轨道星载原子钟控温系统，所述原子钟安装板与底部的相变传热装置之间填充导热脂。

10、在上述的一种倾斜轨道星载原子钟控温系统，所述相变传热装置内部填充固-液相变材料；固-液相变材料的相变潜热大于150kj/kg；固-液相变温度点与原子钟控制温度点接近；固-液相变材料选用石蜡类相变材料。

11、在上述的一种倾斜轨道星载原子钟控温系统，所述热控涂层采用玻璃型二次表面镜或热控白漆，作为辐射散热面。

12、在上述的一种倾斜轨道星载原子钟控温系统，每2个薄膜电加热器、1个热敏电阻和1个氨轴向槽道热管作为一组温控模块，共有两组温控模块；两组温控模块以原子钟安装板轴心为中心，呈中心对称分布。

13、在上述的一种倾斜轨道星载原子钟控温系统，每组温控模块中，氨轴向槽道热管呈c形结构；氨轴向槽道热管的一端位于其中1个原子钟的下方，另一端经过另一个原子钟的下方后，返回至该原子钟的下方；该组温控模块中的2个薄膜电加热器和氨轴向槽道热管均位于对应氨轴向槽道热管的管路上，且氨轴向槽道热管位于2个薄膜电加热器之间；通过薄膜电加热器、热敏电阻和氨轴向槽道热管组成原子钟的补偿控温回路，实现闭环温度控制。

14、本发明与现有技术相比的有益效果是：

15、(1)本发明的控温系统利用充装有相变材料的相变传热装置，在卫星光照期吸收太阳外热流，在卫星阴影期释放热量，相变过程中相变传热装置温度保持稳定，可有效抑制外热流波动对于原子钟温度稳定性的影响，提高原子钟的温度控制精度，该倾斜轨道低轨星座原子钟在轨温度波动优于±1.5℃/轨道周期，大大优于±3℃/轨道周期指标要求；

16、(2)本发明的控温系统利用相变传热装置工质固液相变吸热-放热原理，通过合理的固液相变点设计，在外热流增大或原子钟热耗增加时吸收热量，在外热流降低或原子钟热耗减小时释放热量，达到热量削峰填谷的目的，可有效降低原子钟控温回路的补偿功耗；

17、(3)本发明相变控温系统减小原子钟控温回路的补偿功耗20w以上，有效节约了星上电源。

技术特征：

1.一种倾斜轨道星载原子钟控温系统，其特征在于：包括原子钟安装板(2)、2个原子钟(3)、4个薄膜电加热器(4)、2个热敏电阻(5)、2个氨轴向槽道热管(6)、多层隔热组件(7)、相变传热装置(8)和热控涂层(10)；

2.根据权利要求1所述的一种倾斜轨道星载原子钟控温系统，其特征在于：所述原子钟安装板(2)为15～21mm厚的铝蜂窝板；原子钟(3)与原子钟安装板(2)之间填充导热脂。

3.根据权利要求1所述的一种倾斜轨道星载原子钟控温系统，其特征在于：所述原子钟安装板(2)上表面的外沿处沿周向设置有聚酰亚胺隔热垫(9)进行覆盖。

4.根据权利要求3所述的一种倾斜轨道星载原子钟控温系统，其特征在于：所述聚酰亚胺隔热垫(9)的位置位于原子钟安装板(2)与外部卫星舱板(1)的对接处；通过聚酰亚胺隔热垫(9)实现原子钟安装板(2)与外部卫星舱板(1)之间的隔热；聚酰亚胺隔热垫(9)的厚度不小于5mm。

5.根据权利要求4所述的一种倾斜轨道星载原子钟控温系统，其特征在于：所述多层隔热组件(7)单元数不小于10单元。

6.根据权利要求1所述的一种倾斜轨道星载原子钟控温系统，其特征在于：所述原子钟安装板(2)与底部的相变传热装置(8)之间填充导热脂。

7.根据权利要求1所述的一种倾斜轨道星载原子钟控温系统，其特征在于：所述相变传热装置(8)内部填充固-液相变材料；固-液相变材料的相变潜热大于150kj/kg；固-液相变温度点与原子钟(3)控制温度点接近；固-液相变材料选用石蜡类相变材料。

8.根据权利要求1所述的一种倾斜轨道星载原子钟控温系统，其特征在于：所述热控涂层(10)采用玻璃型二次表面镜或热控白漆，作为辐射散热面。

9.根据权利要求1所述的一种倾斜轨道星载原子钟控温系统，其特征在于：每2个薄膜电加热器(4)、1个热敏电阻(5)和1个氨轴向槽道热管(6)作为一组温控模块，共有两组温控模块；两组温控模块以原子钟安装板(2)轴心为中心，呈中心对称分布。

10.根据权利要求9所述的一种倾斜轨道星载原子钟控温系统，其特征在于：每组温控模块中，氨轴向槽道热管(6)呈c形结构；氨轴向槽道热管(6)的一端位于其中1个原子钟(3)的下方，另一端经过另一个原子钟(3)的下方后，返回至该原子钟(3)的下方；该组温控模块中的2个薄膜电加热器(4)和氨轴向槽道热管(6)均位于对应氨轴向槽道热管(6)的管路上，且氨轴向槽道热管(6)位于2个薄膜电加热器(4)之间；通过薄膜电加热器(4)、热敏电阻(5)和氨轴向槽道热管(6)组成原子钟(3)的补偿控温回路，实现闭环温度控制。

技术总结本发明涉及一种倾斜轨道星载原子钟控温系统，属于航天器热控制领域，包括原子钟安装板、2个原子钟、4个薄膜电加热器、2个热敏电阻、2个氨轴向槽道热管、多层隔热组件、相变传热装置；2个原子钟对称安装在原子钟安装板上表面；4个薄膜电加热器和2个热敏电阻贴附在原子钟安装板的上表面；2个氨轴向槽道热管设置在原子钟安装板内部，且与薄膜电加热器和热敏电阻位置对应；相变传热装置设置在原子钟安装板的下表面；多层隔热组件包覆在原子钟安装板、原子钟、薄膜电加热器、热敏电阻的裸露外壁。本发明可以有效隔离外热流波动对于原子钟温度稳定性的影响，降低原子钟控温回路功耗补偿需求，满足了极端空间外热流条件下星载原子钟高稳定度控温需求。技术研发人员：杨昌鹏,任红艳,李延东,杜国明,陶成华,赵欣,许峰受保护的技术使用者：航天东方红卫星有限公司技术研发日：技术公布日：2024/1/15