孙晋川　康昌玺　王雪松　李生华　崔晓杰　马彦坤　张富华　安景涛

摘  要：本文主要针对我国载人空间站高温材料科学实验系统的任务需求，完成了系统热控方案的设计，包括液冷板布置、电机驱动机构和真空室热设计。基于系统三维几何模型，应用Thermal Desktop软件建立了系统仿真模型，确定了实验系统在最恶劣工况时的边界条件。仿真结果表明，真空室外壁、控制电机、丝杠、滑块及导轨的最高温度分别为36.3℃、44.3℃、47.3℃、49.6℃和46.1℃，均低于温度限制值，系统热控性能满足设计要求。

关键词：空间实验  热控制  仿真 高温炉

中图分类号：O42 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2021）06（c）-0001-04

Abstract： According to the task requirements of the high temperature materials science experiment system of China's manned space station， this paper completes the design of the thermal control scheme of the system， including the layout of liquid cooling plate， motor driving mechanism and thermal design of vacuum chamber. Based on the three-dimensional geometric model of the system， the system simulation model is established by using thermal desktop software， and the boundary conditions of the experimental system under the worst working conditions are determined. The simulation results show that the maximum temperatures of the outer wall of the vacuum chamber， the control motor， the lead screw， the sliding block and the guide rail are 36.3 ℃， 44.3 ℃， 47.3 ℃， 49.6 ℃ and 46.1 ℃ respectively， which are lower than the temperature limit， and the thermal control performance of the system meets the design requirements.

Key Words： Space experiment; Thermal control; Simulation; High temperature furnace

1  前言

空間材料实验系统利用空间微重力环境制备高品质材料，是各主要空间大国争相研究的方向[1]。美国航空航天局、欧空局、俄罗斯空间局等利用研发的高温材料装置，积累了丰富的空间实践经验，获得了大量研究成果[2-4]。我国也利用科学实验卫星、神舟载人飞船等搭载研制的多种空间材料实验装置进行了一系列空间材料实验，取得了不少有价值的成果[5～7]。为了满足国家高技术领域战略急需，我国载人空间站应用任务规划了高温材料科学实验系统研究。作为我国新一代空间材料实验装置，采用了模块化、标准化和集成化的设计思路，具有高可靠性、高精度、长寿命等特点，可实现温度高达1800℃的熔融材料实验能力。

热控组件是高温材料实验系统的核心部件，主要在真空环境中建立合适的温度场。本文主要针对载人空间站高温材料科学实验系统任务特点，设计了相应的热控系统，运用数值方法对其热控性能进行了仿真分析，研究结果为高温材料科学实验系统优化设计提供依据。……