一种深空撞击器智能自主温度控制结构及温度控制方法与流程

本发明涉及深空探测飞行器技术领域，具体是一种利用相变储能材料的深空撞击器智能自主温度控制结构及控制方法。

背景技术：

随着空间技术的发展与进步，深空探测的手段由最初的飞越探测发展到环绕、着陆、巡视、采样等多方式组合探测，实现环绕到着陆、表面到内部的跨越，正在向立体探测、内部深度探测方向发展。撞击探测是实现内部探测的高效手段，具有结构简单可靠、集成度高、配置灵活的特点，消耗较少资源即可侵彻到天体内部。

探测目标温度条件难以准确估计，为了保证电子元器件的正常工作，同时适应深空撞击器高集成、小型化的特点，需要具备自主温控能力，进而满足撞后存活提供科学探测数据的目的。

技术实现要素：

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种利用相变储能材料的深空撞击器智能自主温度控制结构及控制方法，深空撞击器撞击时产能单元产生能量存储于相变储能材料中，为撞击器内部关键部分保温。

本发明的技术解决方案是：

一种深空撞击器智能自主温度控制结构，包括：产能单元外罩、第一产能单元组份、第二产能单元组份、相变储能材料以及导热带；

相变储能材料位于产能单元外罩和导热带之间，三者平行紧贴串联安装，相变储能材料和深空撞击器的控制模块之间通过导热带紧密贴合；所述产能第一产能单元组份和第二产能单元组份设置在产能单元外罩内部。

进一步的，所述产能单元外罩、第一产能单元组份以及第二产能单元组份共同做成深空撞击器的产能单元。

进一步的，所述产能单元、相变储能材料以及导热带均位于深空撞击器的头部壳体内。

进一步的，深空撞击器撞击前，产能单元壳体内的第一产能单元组份和第二产能单元组份处于分离状态；撞击时产生过载加速度，第一产能单元组份和第二产能单元组份融合产生热能，存储在相变储能材料中，撞击后相变储能材料逐步释放能量，为深空撞击器的控制模块保温，支撑深空撞击器生存。

优选的，深空撞击器撞击时第一产能单元组份和第二产能单元组份混合，将化学能转化为热能；第一产能单元组份为锡，产能单元组份二为过氧化氢。

优选的，第一产能单元组份和第二产能单元组份呈立方体形结构，边长在40mm到42mm之间。

优选的，处于分离状态时，第一产能单元组份和第二产能单元组份之间的间距为4mm～7mm。

优选的，相变储能材料选取相变温度在-10℃-45℃的介质材料，当温度高于45℃后吸收储能，当温度低于-10℃后释放热能，实现自主温控。

优选的，相变储能材料采用石蜡和石墨混合制成，其质量百分比为：石蜡:石墨＝93:7。

进一步的，本发明还提出一种深空撞击器温度控制方法，步骤如下：

步骤一、将第一产能单元组份和第二产能单元组份之间的间距设置为预设大小，并置于产能单元外罩中形成整体产能单元，产能单元、相变储能材料以及导热带依次紧贴，最终导热带紧贴到深空撞击器的控制模块上；

步骤二、撞击发生时，第一产能单元组份和第二产能单元组份在产能单元外罩中发生混合，将化学能转化为热能；

步骤三、相变储能材料吸收储能；

步骤四、撞击完成后，由于外部环境温度影响深空撞击器内部温度降低或升高，当深空撞击器内部温度低于-10℃后，相变储能材料释放热能，相变储能材料释放的热能通过导热带传递给控制模块，为其保温，支撑深空撞击器生存；当温度高于45℃后，相变储能材料吸收热量为控制模块降温。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

(1)本发明提供了一种利用相变储能材料的深空撞击器智能自主温度控制方法，简单合理，性价比高，安全可靠，无环境污染，可有效实现深空撞击器智能自主温控，满足深空撞击器保温，保障深空撞击器生存，具有极高的工程应用价值。

(2)本发明相变储能材料选择相变温度在-10℃-45℃的介质材料，当温度高于45℃后吸收储能，当温度低于-10℃后释放热能，有效实现自主温控。

(3)本发明产能单元两种组份通过撞击时的大冲击过载实现接触产能；相变储能材料存储产能单元释放的能量，通过导热带和深空撞击器关键电子学部分——高加固控制模块进行热交互，有效保证高加固控制模块的温度需求。

(4)本发明将产能单元和相变储能材料放置在深空撞击器内部，撞击前产能单元不同组份分离，撞击时产生过载加速度，产能单元不同组份融合产生热能，存储在相变储能材料中，撞击后逐步释放能量，为深空撞击器保温，支撑深空撞击器生存。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明热传导示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。

深空探测目标温度条件难以准确估计，为了保证电子元器件的正常工作，同时适应深空撞击器高集成、小型化的特点，研制的深空撞击器需要具备自主温控能力，进而满足撞后存活提供科学探测数据的目的。

由于撞击探测不同于着陆探测，需要以很高的速度在撞击瞬间侵彻到目标内部，这种撞击产生的冲击载荷可以高达万g以上。本发明以其作为产能单元混合发热的触发条件，简单易行，同时大大提升安全性。

具体的，本发明提出的一种深空撞击器智能自主温度控制结构，如图1所示，包括：产能单元外罩1、第一产能单元组份2、第二产能单元组份3、相变储能材料4以及导热带5；

相变储能材料4位于产能单元外罩1和导热带5之间，三者平行紧贴串联安装，相变储能材料4和深空撞击器的控制模块6之间通过导热带5紧密贴合；所述产能第一产能单元组份2和第二产能单元组份3设置在产能单元外罩1内部。

产能单元外罩1、第一产能单元组份2以及第二产能单元组份3共同做成深空撞击器的产能单元。所述产能单元、相变储能材料4以及导热带5均位于深空撞击器的头部壳体内。

深空撞击器撞击前，产能单元壳体1内的第一产能单元组份2和第二产能单元组份3处于分离状态；优选的，处于分离状态时，第一产能单元组份2和第二产能单元组份3之间的间距为4mm～7mm，既可以保证安全，又可以保证撞击时灵敏触发。

撞击时产生过载加速度，第一产能单元组份2和第二产能单元组份3混合，将化学能转化为热能，存储在相变储能材料4中，撞击后相变储能材料4逐步释放能量，为深空撞击器的控制模块6保温，支撑深空撞击器生存。

优选的，本发明提出的最佳方案为第一产能单元组份2为锡，产能单元组份二3为过氧化氢。第一产能单元组份2和第二产能单元组份3呈立方体形结构，边长在40mm到42mm之间。

相变储能材料4选取相变温度在-10℃-45℃的介质材料，当温度高于45℃后吸收储能，当温度低于-10℃后释放热能，实现自主温控。

所述智能自主温控是指储能后，若深空撞击器控制模块温度低于-10℃，将储蓄的热量释放以提高控制模块温度；若深空撞击器控制模块温度高于45℃，传导至相变储能材料进行吸收存储，大幅提高控制模块元器件的寿命。

优选的，本发明相变储能材料4采用石蜡和石墨混合制成，其质量百分比为：石蜡:石墨＝93:7。

优选的，本发明提供的相变储能材料(4)尺寸为100mm×100mm×50mm；这样既可以满足安装于深空撞击器狭小头部空间的要求，又可以满足传热吸热的要求。

优选的，导热带(5)安装于相变储能材料和深空撞击器高加固控制模块之间，便于相变储能材料(5)和高加固控制模块(6)热交互，有效改善深空撞击器高加固控制模块(6)保温性能；导热带尺寸为100mm×100mm×10mm。

工作过程以及传热路径：

步骤一、将第一产能单元组份2和第二产能单元组份3之间的间距设置为预设大小，并置于产能单元外罩1中形成整体产能单元，产能单元、相变储能材料4以及导热带5依次紧贴，最终导热带5紧贴到深空撞击器的控制模块上；

步骤二、撞击发生时，第一产能单元组份2和第二产能单元组份3在产能单元外罩1中发生混合，将化学能转化为热能；

步骤三、相变储能材料4吸收储能；

步骤四、撞击完成后，由于外部环境温度影响深空撞击器内部温度降低或升高，当深空撞击器内部温度低于-10℃后，相变储能材料4释放热能，相变储能材料4释放的热能通过导热带5传递给控制模块，为其保温，支撑深空撞击器生存；若深空撞击器控制模块温度高于45℃，传导至相变储能材料进行吸收存储，大幅提高控制模块元器件的寿命。

如图2所示为本发明热传导示意图，图中箭头表示传导方向。热传递路径为产能单元传递至相变储能材料4，相变储能材料4与高加固控制模块6之间热传导，同时全链路自主，实现自主触发、自主保温。需要说明的是，热传导为双向，当控制模块温度过高的时候，其散热的热量也可以传导到相变储能材料进行储能，以降低高加固控制模块6的温度，高加固控制模块6温度低时，相变储能材料4放热以提高高加固控制模块6温度，从而实现自主控温。

本发明提供了的深空撞击器智能自主温度控制方法，简单合理，性价比高，安全可靠，无环境污染，可有效实现深空撞击器智能自主温控，满足深空撞击器保温，保障深空撞击器生存，具有工程应用价值。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域的公知技术。