解決通信衛星散熱核心問題,「銳萊熱控」在軌驗證主動熱控流體迴路模塊

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主動熱控流體迴路實現在軌驗證

2023年7月23日10時50分,我國在太原衛星發射中心使用長征二號丁運載火箭,成功將四象01~03星、銀河航天靈犀03星共4顆衛星發射升空,衛星順利進入預定軌道,發射任務獲得圓滿成功。

其中「銀河航天靈犀03星」衛星配置了數十吉比特每秒容量的毫米波多波束數字載荷,用於驗證下一代低軌寬帶衛星通信以及超大能源、主動熱控、工業一體化成型結構、多星堆疊壓緊釋放等技術,這也是我國首次在軌對多星堆疊發射技術進行驗證,將為我國巨型低軌通信星座的快速部署提供技術支撐。

「銀河航天靈犀03星」(紅色框內為主動熱控流體迴路模塊),圖片來源:銀河航天

根據新華社對該星的報道,「衛星採用開放式結構,單機設備直接暴露在太空環境中,沒有「外殼」包裹,這對於衛星電子產品的空間環境防護、溫度控制等有較高要求。因此,該衛星配置了主動熱控流體迴路,相當於為衛星配置了「空調」,能主動調節,讓它在舒適的溫度下工作。衛星依據在軌所感知的外部熱環境,並結合自身溫度狀態,通過循環泵驅動管道內的液體流動,維持單機溫度穩定。"

在外太空環境,由於沒有大氣層保護,其溫差變化遠大於地球。如此巨大的溫差變化,對衛星的溫度控制是一種嚴峻的挑戰。一般的電子儀器設備,在50攝氏度以上的環境下長期工作就會產生故障。而化學電池等設備,如果在低溫條件運行,其效率又很低。因此,儘管外部環境的溫度變化非常劇烈,衛星內部必須保持一定的溫度範圍,才能保障儀器設備工作正常。一般衛星內部的溫度保持在5-45度的區間內,個別核心組件必須保持恆溫,只能有1-2度的變化。

所以,必須有良好的熱控產品和熱控制系統,才能保障衛星的穩定運行。新華社所報道的主動熱控流體迴路,就是銳萊熱控科技(北京)有限公司與銀河航天聯合研發的熱控產品。

熱控制可分為被動式和主動式兩類。 被動式熱控制依靠不同的熱控材料和總裝布局協調,來處理航天器內外的熱交換過程。但是,被動式熱控制本身沒有自動調節溫度的能力,無法克服衛星內、外熱流變化帶來的對儀器設備的影響。銳萊熱控所採用的主動式熱控制,具有一定的溫度調節能力,可大大減少由於熱源變化而引起的儀器設備溫度的波動。

「銀河航天靈犀03星」主動熱控流體迴路模塊及其散熱流道,圖片來源:銀河航天

解決低軌寬帶通信衛星大功率、高集成度散熱核心問題

成立於2016年的銳菜熱控科技(北京)有限公司(以下簡稱「銳萊熱控」),是一家高端散熱方案及產品提供者。銳萊熱控專註於熱控技術、企業熱管理服務及相關產品。

此次「銀河航天靈犀03星」衛星上所使用的單相流體迴路熱控系統技術,可以在優於1℃級別的高精度控制調節下,實現熱量在衛星不同部位間的精準傳導。相比於傳統衛星熱控系統,銳萊熱控與銀河航天聯合研發的此次在平板衛星上面首次應用單相流體迴路技術解決衛星自身大功率、高集成度散熱核心問題,技術水平直接對標星鏈一代星。在該技術的支持下,該衛星可以在-100℃-90℃的寬溫區內保持穩定運行。在具有高可靠性的同時,還通過大量採用量產化民品技術降低了成本。

航天器熱控制是一門多學科綜合的複雜技術,涉及材料學、熱學、化學、光學、流體力學、電子學、計算機科學以及試驗測量技術等諸多學科領域。

銳萊熱控的主要技術團隊,由原宇航軍工熱管理領域的研究員、高級工程師等科研人員構成。公司在宇航級鋁VC、熱管均溫板、環路熱管、相變儲能板、液冷板等高效傳熱儲能部件,具有較高的設計水平和工藝能力;技術優勢產品包括宇航級單相流體迴路系統和兩相迴路系統。

除了服務以衛星星座為代表的航天領域之外,銳萊熱控還為軍工、軌道交通、電子電力設備、數據中心、高端儀器高精度控溫等行業客戶,提供熱管理綜合解決方案和服務。2022年,銳萊熱控獲南通江海英才天使投資基金500W天使輪投資。

截至2023年5月,SpaceX已經發射了4400餘顆星鏈衛星,佔據了大量的低軌衛星軌道資源。SpaceX目前計劃部署近1.2萬顆衛星,後期可能擴展至4.2萬顆。由於低軌衛星軌道容量有限,星鏈的發射計劃對所有國家和企業都是一個巨大的威脅。

為了應對該威脅,我國已落地衛星星座的大批量發射規劃,國產低軌衛星星座產業有望在近期迎來一輪爆髮式增長。包括銀河航天在內的商業衛星企業,都將受益於該發射計劃。而衛星製造對熱控技術有強烈需求。作為航天器產業鏈的上游供應商,熱控企業都將受益於產業鏈的發展機遇,為航天企業持續提供熱控技術和產品。

目前,熱控制系統在全球的衛星產業鏈內已受到廣泛重視。國際上,有美國的Dunmore Aerospace、ThermAvant,德國的OHB、法國的THERMOCOAX等企業,都圍繞衛星熱控產品,展開多年的布局;在我國,閔桂榮院士開創了我國的衛星熱控技術,目前有中國科學院微小衛星等科研團隊在研發。在商業應用領域,除銳萊熱控外,微焓科技、威鉑馳熱技術等企業也提供熱控制產品和熱管理解決方案。目前在商業航天領域,銳萊熱控是唯一一家提供主動流體迴路散熱系統的企業。


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