Éléments chauffants dans les systèmes de gestion thermique et de contrôle de la température des engins spatiaux

Les engins spatiaux évoluent dans des environnements spatiaux extrêmes et sont confrontés à des changements de température allant de très froids à extrêmement chauds, ce qui pose de sérieux défis aux structures et à l'instrumentation des engins spatiaux. Afin de garantir le bon fonctionnement des engins spatiaux dans des environnements complexes, les systèmes de gestion thermique et de contrôle de la température sont devenus des technologies clés indispensables. Parmi eux, les éléments chauffants, en tant que l'un des principaux moyens de contrôle thermique, jouent un rôle important dans la gestion thermique des engins spatiaux.

Principe de fonctionnement et types d'éléments chauffants

Les éléments chauffants sont généralement convertis en énergie thermique par l'énergie électrique et transfèrent la chaleur à l'objet cible par conduction, rayonnement ou convection. Dans les systèmes de contrôle thermique des engins spatiaux, les éléments chauffants courants comprennent des fils chauffants électriques, des coussins chauffants électriques et des radiateurs basse pression.

Fil chauffant électrique et coussin chauffant électrique

Les fils chauffants électriques et les coussins chauffants sont largement utilisés dans le contrôle thermique actif des engins spatiaux en raison de leur structure simple, de leur facilité d'utilisation et de leur grande précision de contrôle. Ils peuvent être directement installés sur les pièces à chauffer pour réaliser un chauffage précis par télécommande ou contrôle automatique. Dans les segments au sol et de lancement avant le lancement du vaisseau spatial, ces éléments chauffants peuvent efficacement empêcher les équipements d'être endommagés en raison de la basse température.

Réchauffeurs à basse pression

Un réchauffeur basse pression est un dispositif qui convertit l'énergie électrique en énergie thermique et transfère cette énergie à un objet cible par conduction ou rayonnement. Par rapport aux réchauffeurs haute pression, les réchauffeurs basse pression ont des pressions plus basses et conviennent aux applications nécessitant une précision de température et un contrôle des caloducs plus élevés. Dans la fabrication d'engins spatiaux, les réchauffeurs basse pression sont largement utilisés pour le chauffage des carburants et des oxydants, le contrôle de la température des composants électroniques, etc. Leur stabilité à haute température et leur résistance à la corrosion garantissent le fonctionnement normal des engins spatiaux dans des environnements extrêmes.

Application des éléments chauffants à la gestion thermique des engins spatiaux

1. Système de contrôle thermique interne :Les engins spatiaux sont équipés d'un système de contrôle thermique complexe, dont les éléments chauffants constituent une partie importante. Grâce à des éléments chauffants tels que des fils chauffants électriques, des coussins chauffants électriques et des radiateurs basse pression, les températures de divers composants à l'intérieur de l'engin spatial peuvent être régulées avec précision pour garantir qu'ils fonctionnent dans la plage appropriée. Ces éléments chauffants fonctionnent en conjonction avec des caloducs, des échangeurs de chaleur et d'autres équipements pour former un système efficace de distribution et de régulation de la chaleur afin de maintenir la stabilité de l'environnement interne de l'engin spatial.

2. Contrôle thermique des segments de lancement et de rentrée :Dans les segments de lancement et de rentrée du vaisseau spatial, les éléments chauffants jouent également un rôle important. Pendant le lancement, l'extérieur du vaisseau spatial peut être soumis à un échauffement aérodynamique à haute température, ce qui peut entraîner une surchauffe de l'équipement interne. Dans ce cas, l'élément chauffant peut fonctionner en conjonction avec le système de refroidissement pour réduire la chaleur transférée de la coque chaude à l'instrumentation interne et empêcher la surchauffe de l'équipement. Dans la section de rentrée, où des températures élevées sont générées à la surface du vaisseau spatial, des éléments chauffants sont utilisés pour garantir que les températures des composants critiques sont maintenues dans des limites de sécurité afin d'éviter d'endommager la structure du vaisseau spatial en raison des contraintes thermiques.

3. Essai thermique sous vide et essai au sol :Au cours de la phase de développement d'un engin spatial, les essais thermiques sous vide constituent un moyen important de vérifier les performances de l'engin spatial dans des conditions de vide et de température extrêmes. Au cours de ces essais, des éléments chauffants sont utilisés pour simuler les changements de température dans l'espace afin de tester la capacité de contrôle thermique de l'engin spatial dans des environnements extrêmes. De plus, pendant la phase d'essai au sol, des éléments chauffants sont également utilisés pour ajuster l'environnement thermique de l'engin spatial afin de garantir qu'il soit dans un état optimal avant le lancement.

Développements et défis futurs

À mesure que la technologie des vols spatiaux continue de se développer, les engins spatiaux nécessitent de plus en plus de technologies de contrôle thermique. À l'avenir, l'application d'éléments chauffants à la gestion thermique des engins spatiaux sera confrontée aux défis suivants :

1. Contrôle de température de haute précision :Les exigences en matière de contrôle de la température dans la fabrication des engins spatiaux sont très élevées et la température de sortie des éléments chauffants doit être contrôlée avec précision en temps réel. Cela nécessite l'utilisation de capteurs et de systèmes de contrôle de température plus avancés pour obtenir un contrôle de température de haute précision.

2. Rapport consommation énergétique à haut rendement :Les vaisseaux spatiaux doivent économiser de l'énergie pendant les voyages spatiaux de longue durée, et l'élément chauffant doit avoir un rapport de consommation d'énergie à haut rendement et une capacité de contrôle de l'effet thermique optimisée. Cela nécessite d'optimiser la conception structurelle de l'élément chauffant, d'améliorer l'efficacité de l'utilisation de l'énergie et l'efficacité du transfert de chaleur, et en même temps d'adopter des algorithmes de contrôle d'économie d'énergie et des systèmes d'automatisation pour réaliser des économies d'énergie et contrôler l'effet thermique.

3. Progrès dans la science des matériaux :avec le développement continu de la science des matériaux, une nouvelle stabilité à haute température et une résistance à la corrosion de meilleurs matériaux seront utilisées dans la fabrication d'éléments chauffants pour améliorer leur fiabilité et leur stabilité dans des environnements extrêmes.

En tant qu'élément important des systèmes de gestion thermique et de contrôle de la température des engins spatiaux, les éléments chauffants jouent un rôle important pour assurer le fonctionnement normal des engins spatiaux dans des environnements spatiaux extrêmes. En optimisant en permanence la conception et la technologie d'application de l'élément chauffant, la capacité de contrôle thermique de l'engin spatial peut être encore améliorée pour garantir sa stabilité et sa fiabilité dans des environnements complexes. À l'avenir, avec le développement continu de la technologie spatiale, l'application des éléments chauffants dans la gestion thermique des engins spatiaux aura des perspectives plus larges.