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地球静止轨道运行的OSR太阳吸收比变化分析

文佳佳 谢荣建 钟思源 程锦铭 陈凡胜

文佳佳,谢荣建,钟思源,等. 地球静止轨道运行的OSR太阳吸收比变化分析[J]. 北京航空航天大学学报,2026,52(7):2434-2439
引用本文: 文佳佳,谢荣建,钟思源,等. 地球静止轨道运行的OSR太阳吸收比变化分析[J]. 北京航空航天大学学报,2026,52(7):2434-2439
Wen J J,Xie R J,Zhong S Y,et al. Analysis of solar absorptance degradation of OSR in geostationary orbit[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics,2026,52(7):2434-2439 (in Chinese)
Citation: Wen J J,Xie R J,Zhong S Y,et al. Analysis of solar absorptance degradation of OSR in geostationary orbit[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics,2026,52(7):2434-2439 (in Chinese)

地球静止轨道运行的OSR太阳吸收比变化分析

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2024.0334
详细信息
    通讯作者:

    E-mail:xierongjian@mail.sitp.ac.cn

  • 中图分类号: V443;TK124

Analysis of solar absorptance degradation of OSR in geostationary orbit

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  • 摘要:

    光学太阳反射镜(OSR)也称二次表面镜,具有很低的吸收发射比,空间应用稳定高,粘贴于辐射散热板外表面时,能够起到良好的散热或制冷效果。OSR空间环境的影响及热控性能退化机理是热控长寿命设计的重要课题。通过对地球静止轨道工作的4颗卫星载荷相机在轨7年、4年、3年及2.5年温度数据分析,结合热仿真分析模型,得到OSR的太阳吸收比退化模型。结果显示,发射第1年OSR的太阳吸收比为0.125,在轨2年后OSR的太阳吸收比退化为0.134,7年后变化为0.175,退化曲线呈线性特征,每年退化率约为0.74%。同时,根据该退化模型预测10年后的太阳吸收比为0.195, OSR空间适应性及稳定性较高,计算结果为后续在轨温控及新热控系统设计提供指导。

     

  • 图 1  散热板模型及其温度测点

    Figure 1.  Model and temperature measurement points

    图 2  不同节气下OSR吸收的外热流

    Figure 2.  External heat flux absorbed by OSR under different solar terms

    图 3  OSR的太阳吸收比随在轨时间的变化

    Figure 3.  OSR solar absorption ratio as a function of time in orbit

    图 4  Sensor01~Sensor04相机上散热面在冬至最高温度随在轨时间的变化及预测

    Figure 4.  Maximum temperature and future prediction of heat sink temperature with on-orbit time

    表  1  内部热源功耗

    Table  1.   Internal heat sources power consumption meter

    部件发热量/W部件数量
    电路箱19.31
    电路箱260.01
    制冷机160.02
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    表  2  Sensor01相机冬至散热板温度变化

    Table  2.   Temperature change of Sensor01 radiant heat sink during Winter Solstice

    日期 T1/℃ T2/℃ T3/℃ T4/℃ T5/℃
    2017-12-22 −46.6~−38.5 −45.6~−37.5 −45.8~−36.7 −45.4~−37.6 −25.9~0.4
    2018-12-22 −46.1~−36.1 −45.1~−35.5 −44.8~−35.2 −44.5~−35.6 −25.3~2.7
    2019-12-22 −44.6~34.1 −44.1~33.5 −43.7~−33.2 −43.5~−34.1 −24.8~5.2
    2020-12-22 −45.1~−32.9 −44.1~−31.4 −42.7~−31.7 −43~−32.5 −24.7~6.9
    2021-12-22 −45.5~−30.9 −45~−29.1 −42.2~−31.1 −41.5~−31.5 −24.2~8.6
    2022-12-22 −46.1~−27.9 −45~−27.3 −42.7~−27.6 −43.5~−28.4 −24.2~12.3
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    表  3  Sensor02相机冬至散热板温度变化

    Table  3.   Temperature change of Sensor02 radiant heat sink during Winter Solstice

    日期 T1/℃ T2/℃ T3/℃ T4/℃ T5/℃
    2020-12-22 −46.88~−37.3 −46.82~−38.1 −46.26~−34.5 −46.9~−38.6 −24.3~0.1
    2021-12-22 −45.0~−35.35 −45.4~−35.65 −45.3~−35.5 −45.9~−36.7 −22.7~2.43
    2022-12-22 −42.6~−33.4 −43.4~−33.7 −43.8~−33.5 −44.6~−34.7 −22.3~4.9
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    表  4  Sensor03相机冬至散热板温度变化

    Table  4.   Temperature change of Sensor03 radiant heat sink during Winter Solstice

    日期 T1/℃ T2/℃ T3/℃ T4/℃ T5/℃
    2021-12-22 −43.9~−37.0 −44.3~−37.1 −47.4~−38.0 −46.8~−38.0 −28.7~−0.4
    2022-12-22 −43.8~−34.9 −44.1~−35.0 −47.3~−37.0 −46.5~−36.2 −28.5~1.3
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    表  5  Sensor04相机冬至散热板温度变化

    Table  5.   Temperature change of Sensor04 radiant heat sink during Winter Solstice

    日期 T1/℃ T2/℃ T3/℃ T4/℃ T5/℃
    2022-12-22 −42.6~−34.4 −43.9~−35.1 −43.9~−36.2 −44.1~−35.9 −20.9~−3.5
    2023-12-22 −42.5~−32.4 −43.7~−33.2 −43.7~−35.1 −44.0~−34.6 −20.7~−2.8
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    表  6  材料物理属性

    Table  6.   Physical properties of material

    材料 部件 热导率/
    (W·(m·K)−1)
    比热容/
    (J·(kg·K)−1)
    密度/
    (kg·m−3)
    铝合金 散热板蒙皮 167.0 960 2700
    铝蜂窝 散热板芯 5.0 900 100
    玻璃钢G10 隔热垫 0.2 700 2500
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    表  7  涂层表面辐射特性

    Table  7.   Surface radiation characteristics of coating surface

    材料 部件 αS(地面测试) εh
    聚酰亚胺二次表面镜 多层外部 0.35 0.67
    OSR 散热板外立面 0.10 0.79
    白漆 遮光罩外表面 0.27 0.92
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    表  8  仿真结果与热平衡试验及入轨一年飞行温度数据对比

    Table  8.   Simulation results of components compared with thermal equilibrium experiment and one-year flight temperature data in orbit

    部件名称 仿真温度/℃ 热平衡实验温度/℃ 在轨一年温度/℃ 温度判定是否正常
    转移轨道 地球静止轨道
    电路箱1 −10.4~−0.6 −16.1 −16.1~0.1 −12.3~−1 正常
    电路箱2 −0.2~11.7 −2.3 10.3~10.3 3.8~11 正常
    制冷机压缩机 −34.4~−29.8 −34.6 −30.5~−30.7 −34.9~−28.2 正常
    制冷机脉管 −35.5~−18.4 −28.9 −43~−19.7 −43.2~−19.9 正常
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-05-17
  • 录用日期:  2024-09-06
  • 网络出版日期:  2024-11-07
  • 整期出版日期:  2026-07-31

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