创“星”科技 | 时空道宇机热产品，保障航天器稳定运行

结构机构和热控是航天器发射入轨，在轨稳定运行必不可少的两个分系统。这两个分系统设计耦合十分紧密，其设计水平往往能体现航天器的设计水平，甚至决定了航天器任务的成败。

时空道宇在航天器结构机构和热控设计方面积累了非常丰富的设计和工程经验，并形成了一系列产品。

在浩瀚的深冷太空中，地球人造卫星一面接收着来自太阳——这个占据了整个太阳系99.85%总质量的天体的强大热辐射，约每平方米接近1400W的热量，另一侧却又面对无比寒冷，接近热力学温度绝对零度（-273.15℃）的极冷空间，而且卫星处于高度真空的环境中，仅能通过传导和热辐射传递热量，对热量传输极其不利，因此卫星需要一套强大的热控制系统来维持内外部安装的各种仪器设备处于适宜的工作温度。

卫星的热控方法有被动热控和主动热控。

被动热控产品有:

（1）热控涂层，用于调节卫星表面的温度；

（2）多层隔热组件，一种在真空工作状态下导热系数极低的复合材料；

（3）热管，一种导热能力是目前已知导热最快的金属（银）的数百倍的装置；

（4）导热填料，用于降低安装接触面的接触热阻

主动热控产品有：电加热器、热控百叶窗、热开关、泵驱动的流体回路系统、环路热管、机械式制冷系统等。

（热控材料）

时空道宇在卫星热控制技术方面积累了深厚的工程和实践经验，从芯片级、PCB板级到单机级，从卫星各类载荷系统到整星工程均具有强大的设计能力、制造能力和试验能力，同时航天级热控技术也延伸到公司的各类车载、机载产品应用和为客户提供个性化的设计定制服务。

设计思想

传统卫星的热控系统设计思想一般采用分舱设计、分系统设计和分产品设计，之间耦合性较弱，占用系统资源较多，时常出现“一边开窗散热，另一边抱炉取暖”的现象。相对于传统卫星的设计理念，我们充分利用整体的热资源，通过热量输运对热量进行集中管理，减少局部集中热源，减少孤立控制对象，做到物尽其用，张弛有度，使热控分系统既不占用太多整星重量、功耗资源，又把整星各个系统温度控在合理水平，既不追求控温的极致，又使风险可控，冗余有度，在高可靠和低成本间找到平衡点。

功能和使用场景

时空道宇卫星热控产品继承行业内成熟技术经验，均具有长时间的飞行经历，同时也积极探索老产品的新功能，新产品的工程化和商业化，以“高可靠，低成本，快速交付”为设计宗旨，增加产品的功能，提高产品的性能，扩大产品的使用场景。

在GSP100卫星平台中，热控系统选用了一款高性能的热控涂层产品，其优异的热控属性和稳定的空间环境适应性，确保卫星温度始终处于舒适的范围，具体表现在其极低的太阳吸收比，可以反射太阳辐射能的90%以上，并保持长期稳定。

（GSP100卫星平台）

在GSP10卫星平台中选用了一种超低密度、高比刚度材料，经过性能测定，其拥有极低的吸收/发射比，可以为卫星的结构和热控提供一体化的解决方案，既节约了重量，又缩短了交付周期。

（GSP10卫星平台）

在柔性传热方面为多款产品提供了解决方案。柔性传热一直是热控领域一块难啃的骨头，受限于材料本身，一般导热高的金属刚度较大，柔性材料很大一部分集中于高分子领域，导热较差。

为了调和两者之间的矛盾，工程设计人员通过引进高导热石墨类材料及金属箔低温扩散焊技术研制出为卫星内部需要柔性散热的部件控温，确保温度变化对结构变形的影响降到最低。

通常卫星热控系统选用聚酰亚胺薄膜电加热器为单机等产品加热控温，受限于加热功率和阻值密度，往往在狭小空间的低功率密度的加热器在工艺上无法实现或不符合设计规范，时空道宇研发人员从原理出发，深挖产品可靠性机理，对产品失效进行了充分的预判和试验研究，最终筛选出一款有别于传统加热片的加热产品，为卫星多个微小部件进行控温。

技术特点和先进性

核心团队曾参与多个国家重大任务专项和课题，对各类卫星及空间飞行器热控技术均有较深理解和实践，通过融合各类热控技术及手段，开发出具有时空道宇特色的先进航天器热控制技术。

时空道宇热控系统和产品的技术特点有以下几个方面：

（1）涵盖LEO、MEO、GEO等各类轨道航天器热设计和热分析能力，对静态部件、活动部件热控均有成熟的解决方案；

（2）系统兼容性、通用性好，资源利用率高；

（3）低成本、高可靠、快速交付。

01.驱动机构

设计思想

驱动机构是指根据指令按规定的速率和时间驱动（转动或移动）相关部件或附件的装置，典型的应用如卫星太阳翼驱动机构。驱动机构主要由电机、传动副组成，合理的选择电机和传动形式，结合高精度部组件加工与装配，成为保证驱动机构高可靠性的关键因素。

功能、使用场景

卫星驱动机构作为卫星在轨实现太阳翼对日定向、天线定向等功能的核心部分，具备校准、捕获、同步追踪、回零和急停等功能，有效实现了特定组部件的定向功能。

根据不同被驱动部组件的质量及转动惯量等特征，合理选型驱动机构的组成部组件，即可实现所有卫星相关组件的定向功能。

（卫星驱动机构）

技术特点、先进性

高运动精度：步进电机与谐波传动相配合，是目前卫星驱动机构主流的高精度传动形式之一。通过合理选用步进电机步距角、传动装置减速比有效保障了驱动机构的设计运动精度。同时通过公差分析，并采用相应的设计方法，减小传动过程的系统误差，有效保障了驱动机构的实际运动精度。

高可靠性：通过驱动机构各组部件的冗余设计提高驱动机构的功能余量、轴承等关键组部件安装位置的配对研磨保证安装精度、防冷焊防辐照等措施的合理采用，有效规避了驱动机构部组件失效，有效保障驱动机构高可靠性。

易于数字化控制：驱动机构的高运动精度配备科学的控制逻辑，使得驱动机构易于实现数字化控制。

02.分离机构

设计思想

星箭分离机构提供卫星释放前的可靠连接、在轨解锁和释放、以及卫星释放遥测等功能，其主要有爆炸螺栓连接解锁、包带式连接解锁以及记忆合金解锁、电磁解锁等形式。

（火工品四点解锁方案）

在分离机构设计过程中，保障连接解锁的可靠性和安全性、连接强度和连接刚度要求、对接尺寸要求、分离速度和分离姿态要求、允许的分离干扰、允许的分离冲击等成为分离机构设计的核心要素。同时，在设计过程中必须兼顾分离机构本身的结构形式、包络尺寸、质量、分离信号的采集、标准与模块化设计等因素。

（电磁解锁方案）

功能、使用场景

分离机构作为卫星入轨后的第一道考验，是决定卫星成败的关键因素。我公司研制的包带式、四点支撑爆炸螺栓式、电磁解锁式星箭分离机构可根据具体卫星型号广泛应用于各类大中小卫星。

技术特点、先进性

高可靠性：通过分析各类运载火箭的发射段载荷特点，优化分离机构支撑点位置、合理选型火工品或电磁解锁装置规格，有效保障连接可靠性，保证发射阶段的连接强度与刚度。

高稳定性：通过高精度导向装置和分离弹簧刚度匹配，可有效保障卫星释放速度和释放姿态的稳定。

低冲击无污染：设置新型材料减震垫，有效减小火工品工作时对卫星的冲击，同时密封结构使火工品装置爆炸不会污染卫星上相关敏感设备。

分离信号采集：通过设置行程开关等装置，可提供卫星与火箭分离信号。

标准化设计：通过标准化与模块化设计思路与方法，大大满足了不同卫星与运载的连接需求，降低研制成本。

03.离轨装置

设计思想

为满足《GB/T34513-2017空间碎片减缓要求》中对低轨无人航天飞行物体需25年内坠入大气层的相关规定，卫星需要设计离轨方案。通过离轨帆提高卫星的面值比是目前主流的被动离轨手段。在卫星寿命末期，离轨帆薄膜展开，增大卫星迎风面积，提高卫星面值比，从而加速卫星离轨。

考虑到离轨装置特殊使用环境及用途，因此超大展收比与面质比、超长空间适应性、高可靠性设计成为有效提高离轨装置有效性的核心要素。

功能、使用场景

目前时空道宇研制的离轨帆采用步进电机驱动，在卫星寿命末期根据遥控指令展开薄膜，实现卫星被动离轨。

根据各类卫星不同的质量及轨道特点，离轨帆装置可广泛应用于各类立方星、微小卫星的离轨。

（离轨装置）

技术特点、先进性

超大展收比与面质比：通过合理选用桁帆材料、科学布局桁帆驱动装置，目前时空道宇研制的离轨装置可实现超大展收比，可将百公斤量级卫星的面质比增大至原来的5~20倍，达到国际先进水平。

超高适应性：合理的防辐照、防冷焊等设计有效保证了离轨装置在卫星寿命末期工作的有效性，同时保障薄膜在数十年离轨期间的可靠性。

通过优化离轨装置机构布局、充分仿真分析与环境试验，使得离轨装置能够适应各类载荷运载条件，大大提高了离轨装置适应性。

标准化设计：接口的标准化使得离轨装置便于加装至各类成熟卫星平台。

撰稿工程师 | 肖恩、爱德华、阿多