本發(fā)明涉及航天器熱控制，具體提供一種空間相機電單機系統(tǒng)散熱設(shè)計方法及結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

1、隨著空間遙感技術(shù)發(fā)展，對空間相機的功能、性能要求越來越高。相機功能的復雜化導致相機上設(shè)置的電單機組件（即電子學單機）的數(shù)量增多，進而導致單機功耗和總功耗增大。由于對空間相機的尺寸和重量有嚴格限制，使得單電機組件集成度和單機功率密度變高。為更好適應(yīng)任務(wù)需求，空間相機工作模式如工作條件、工作時長等逐漸不再受限，需要隨時具備工作條件，并且工作時長需求能夠進行任意設(shè)置。此外，相機功能多樣性使各電單機之間可以不同步工作，并且各電單機工作時間無固定規(guī)律，進而導致在工作和非工作期間相機的熱負荷變化極大。工作時熱量不易快速有效散出，非工作時又需要進行大功耗熱補償保證存儲溫度。

2、分辨率是空間相機的主要性能指標，其與相機口徑相關(guān)，高分辨率的要求使得相機尺寸增大，這進一步提高了對大口徑空間相機重量限制以及對整機布局合理性的要求?？臻g相機各電單機之間、電單機與相機成像焦面之間均采用電纜互相連接，為減小電纜長度和重量，各電單機不再單獨安裝在衛(wèi)星載荷艙內(nèi)，由衛(wèi)星艙進行保溫和散熱，而是將與相機功能相關(guān)的各單機安裝在相機主結(jié)構(gòu)上，為不影響相機主結(jié)構(gòu)溫度及各電單機的性能和可靠性，需要單獨對其進行熱設(shè)計。

3、由于空間軌道熱環(huán)境復雜、衛(wèi)星在軌姿態(tài)變化頻繁、非受曬的有效散熱面位置有限，相比于空間相機對光機結(jié)構(gòu)、焦面組件的高精度控溫，電單機對工作溫度范圍相對寬泛，所以需要將焦面等對溫度敏感的組件設(shè)計在最佳散熱位置，而電單機組件通常安裝在離散熱面距離較遠位置，高功率密度電單機的熱耗難以快速散出。

4、目前針對小功耗、短期工作的電單機通常在箱體設(shè)置相變材料增大熱容，使其工作溫度不超過電箱可接受的最高溫度，該方法受限于電單機的功耗、工作時長和工作溫度范圍等因素，并不適用于高功率密度、長期工作的電單機。針對高功率密度、長期工作的電單機，主要通過在電子器件頂部或底部設(shè)置導熱板，并利用導熱板與電箱安裝面或側(cè)壁導熱連接，將熱量從熱源傳導到電箱的安裝面或側(cè)壁，并在電箱安裝面或者側(cè)壁設(shè)置外貼熱管，通過熱管與設(shè)置在相機非受曬面的輻射散熱板相連，利用熱管的高效傳熱能力實現(xiàn)向冷黑空間快速散熱，但該設(shè)計需要具有較大的散熱面面積，會導致在非工作期間熱量補償需求較大、補償功耗較高。

5、對于距離散熱面較遠的電單機，更是需要通過多根熱管轉(zhuǎn)接的方式進行熱量傳遞，熱管及轉(zhuǎn)接塊數(shù)量較多。在多電單機系統(tǒng)散熱設(shè)計時，需要考慮熱管數(shù)量、補償加熱回路數(shù)量、測溫回路數(shù)量、補償功耗及整機重量等熱控資源，并且還需考慮在地面期間重力影響熱管啟動等問題，這些因素都會導致電單機排布、熱管走向、散熱面位置排布變得更為復雜，不利于結(jié)構(gòu)設(shè)計、熱管傳熱和安裝實施。

6、因此，亟需一種可以有效地管理高功率密度、長期工作電單機產(chǎn)生的熱量，能夠有效平衡工作期間散熱需求和非工作期間的熱補償需求，確保空間相機系統(tǒng)在各種工作條件下具有較高穩(wěn)定性和可靠性的散熱設(shè)計方案。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為解決上述問題，提供了一種大口徑空間相機電單機系統(tǒng)散熱設(shè)計方法和結(jié)構(gòu)，通過對空間相機上的各電單機進行分類，將相近工作溫度范圍、不同工作模式的電單機安裝到同一集熱板上進行統(tǒng)一控溫，減少了針對每個電單機獨立散熱設(shè)計的熱控資源需求。通過組合式集熱板和分層式熱管轉(zhuǎn)接設(shè)計提高了結(jié)構(gòu)緊湊型，有效減少了多電單機系統(tǒng)的熱管數(shù)量、熱管轉(zhuǎn)接塊數(shù)量，降低了空間相機的整機重量。通過組合式集熱板及分層式多通道熱管轉(zhuǎn)接塊實現(xiàn)了熱管按整體進行排布設(shè)計，降低了熱管排布時需要兼顧地面試驗熱管啟動的設(shè)計復雜性。

2、為達到上述目的，本發(fā)明創(chuàng)造的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：

3、本發(fā)明提供的空間相機電單機系統(tǒng)散熱設(shè)計方法，包括：

4、s1：根據(jù)工作溫度和工作模式對空間相機上的電單機進行分組，使同組電單機的工作溫度區(qū)間具有交集，同組電單機的工作溫度區(qū)間的寬度在預(yù)設(shè)區(qū)間內(nèi)，且同組中同時包括長期工作模式的電單機和短期工作模式的電單機；

5、s2：將同組電單機設(shè)置在同一集熱板上，在集熱板上設(shè)置熱管，利用熱管對集熱板進行散熱；

6、s3：根據(jù)集熱板數(shù)量和每個集熱板上連接的熱管數(shù)量設(shè)計分層式多通道熱管轉(zhuǎn)接塊，分層式多通道熱管轉(zhuǎn)接塊包括多個安裝層，同一集熱板的熱管安裝在同一安裝層內(nèi)，兩個集熱板連接熱管的安裝層之間為輻射散熱板連接熱管的安裝層。

7、優(yōu)選的，s2中，根據(jù)每個集熱板的最大散熱功耗需求和單個熱管的導熱速率設(shè)定每個集熱板上熱管的設(shè)計數(shù)量。

8、優(yōu)選的，分層式多通道熱管轉(zhuǎn)接塊上對應(yīng)不同集熱板的安裝層之間設(shè)有隔熱板。

9、優(yōu)選的，電單機內(nèi)部的熱源通過導熱板與電箱安裝面導熱連接，并通過電箱安裝面散熱，電箱安裝面連接在集熱板的正面上。

10、優(yōu)選的，在集熱板靠近熱管的一側(cè)設(shè)置補償加熱回路，補償加熱回路根據(jù)測溫元件測得的集熱板溫度，對集熱板進行溫度補償，使集熱板溫度保持在其上電單機的工作溫度區(qū)間的交集范圍內(nèi)。

11、一種空間相機電單機系統(tǒng)散熱結(jié)構(gòu)，包括：

12、第一集熱板，其用于連接：工作溫度區(qū)間具有交集，工作溫度區(qū)間的寬度大于預(yù)設(shè)閾值的電單機，以及熱管；

13、第二集熱板，其用于連接：工作溫度區(qū)間具有交集，工作溫度區(qū)間的寬度小于預(yù)設(shè)閾值的電單機，以及熱管；

14、且，第一集熱板和第二集熱板上均包括長期工作模式的電單機和短期工作模式的電單機；

15、分層式多通道熱管轉(zhuǎn)接塊，其依次包括第一集熱板連接熱管的安裝層、第一輻射散熱板熱管的安裝層、第二集熱板連接熱管的安裝層和第二輻射散熱板熱管的安裝層，第一集熱板連接熱管的安裝層和第一輻射散熱板熱管的安裝層導熱連接，第二集熱板連接熱管的安裝層和第二輻射散熱板熱管的安裝層導熱連接，第一輻射散熱板熱管的安裝層和第二集熱板連接熱管的安裝層隔熱連接。

16、優(yōu)選的，第一集熱板和第二集熱板隔熱連接。

17、優(yōu)選的，第一集熱板垂直設(shè)置在第二集熱板上。

18、優(yōu)選的，第一集熱板連接熱管的安裝層與第一輻射散熱板熱管的安裝層之間為鋁合金材料；第一輻射散熱板熱管的安裝層和第二集熱板連接熱管的安裝層之間為聚酰亞胺材料。

19、優(yōu)選的，在第一集熱板和第二集熱板上均設(shè)有補償加熱回路。

20、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明創(chuàng)造能夠取得如下有益效果：

21、本發(fā)明適用于大口徑空間相機高功率密度電單機系統(tǒng)的遠距離散熱設(shè)計，根據(jù)工作溫度和工作模式對各電單機進行分類，保證每個集熱板上電單機的最佳工作溫度和對溫度穩(wěn)定性的要求較為接近，通過僅在集熱板上設(shè)計一個補償加熱回路即可實現(xiàn)對多個電單機的同步溫控，避免了現(xiàn)有技術(shù)中針對每個電單機獨立設(shè)計熱控系統(tǒng)的需求，減少空間相機對于補償加熱回路和測溫回路的數(shù)量，節(jié)省了熱控資源；此外，在每個集熱板上同時設(shè)計了長期工作的電單機和短期工作的電單機，當集熱板上工作的電單機數(shù)量較少時，空間相機的在軌溫度低于最低工作溫度，此時，長期工作的電單機在工作過程中產(chǎn)生的熱量可以為集熱板提供一個基礎(chǔ)溫度，降低集熱板的溫度補償需求，降低補償加熱回路的能耗。

22、此外，在電單機分類過程中，還可以綜合考慮各電單機的功耗，對不同集熱板上的電單機總功耗進行平衡。

23、相比于現(xiàn)有單獨電箱遠距離散熱時通過熱管轉(zhuǎn)接的設(shè)計，本發(fā)明通過組合式集熱板及分層式多通道熱管轉(zhuǎn)接設(shè)計，提高了結(jié)構(gòu)緊湊型，有效減少了多電單機系統(tǒng)的熱管數(shù)量、熱管轉(zhuǎn)接塊數(shù)量，降低了空間相機的整機重量。利用組合式集熱板和分層式多通道熱管轉(zhuǎn)接塊可以將多電單機系統(tǒng)中的熱管集中整齊排布，避免了交叉錯亂的熱管走向，

24、減小了地面試驗時重力影響熱管啟動等因素對熱管排布復雜性的影響。