43、航天器热管理：原理、挑战与解决方案

航天器热管理：原理、挑战与解决方案

1. 引言

航天器的热环境由热控制系统（TCS）管理，该系统能确保航天器各组件及整体处于合适的工作温度范围。除了外部环境带来的热负荷，航天器系统的低效运行也会产生内部热量，需要妥善处理。热管理是一门多学科技术，涉及轨道及其环境、材料在太空的长期性能、热传递以及航天器建模等知识。

太空环境的两大特点——真空和零重力，使得常见的对流散热方式在太空中无法实现。航天器在运行过程中，会吸收太阳辐射、行星反射光和红外辐射，同时内部系统运行也会产生热量。与地球上的系统不同，航天器难以轻易排出不断积累的热量。而且，部分航天器组件需要在严格的温度范围内工作，这进一步增加了维持热平衡的难度。

热控制面临诸多工程难题，由于无法依靠对流散热，航天器需要在各种热源和散热能力之间进行精细平衡。虽然在某些特殊情况下可以通过质量喷射来散热，但这种方法不适用于大型系统的长期运行。

2. 热控制系统的定义与目的

热控制系统旨在确保航天器各组件在轨道飞行的不同条件下，以及在卫星的整个使用寿命内，温度保持在规定范围内。热负荷会因外部和内部环境的变化而改变，热控制不仅仅是平衡航天器的最低和最高温度，不同组件对温度的要求也各不相同。

例如，太阳能电池板虽能在较宽温度范围内工作，但温度升高会降低其效率，因此需要在效率和温度控制成本之间进行权衡。而对于红外传感器等低温系统，温度超出特定范围就会导致其无法正常工作。此外，航天器结构的温度范围也会因精确指向和跟踪系统的要求而受到限制。

热控制系统还需维持系统内部及各组件之间的热平衡，它与航天器的电力系统关系密切，因为电力需求的变化会导致内部热负荷的改变，而所有电动