返回式卫星在返回地球过程中,会因与大气层剧烈摩擦产生极高温度,热防护系统设计至关重要。其关键考量涉及材料特性、结构设计、散热机制等多个方面。
材料特性
- 耐高温性:热防护材料需能承受返回过程中产生的极高温度。例如,碳-碳复合材料可承受超过2000℃高温,能在极端热环境下保护卫星内部结构和设备。
- 隔热性:良好的隔热性能可减少热量向卫星内部传递。像陶瓷纤维隔热材料,能有效阻挡热量,降低内部温度上升速度。
- 烧蚀性能:部分材料通过烧蚀带走热量,以保护卫星。烧蚀材料在高温下会发生分解、熔化、汽化等过程,消耗大量热量,如酚醛树脂基复合材料。
结构设计
- 整体布局:热防护系统的结构布局要合理,确保能全面覆盖卫星易受热区域,如卫星前端、侧面等。不同部位可根据受热情况采用不同厚度和类型的防护材料。
- 连接方式:各防护部件之间的连接要牢固且密封,防止热气泄漏。采用特殊的密封胶和连接结构,保证在高温、高压下连接部位的可靠性。
散热机制
- 主动散热:可设置冷却管道,通过循环冷却液带走热量。冷却液在受热部位吸收热量后,流到散热区域释放热量,实现热量的转移。
- 被动散热:利用热辐射原理,在防护材料表面涂上高辐射率涂层,将热量以辐射形式散发出去,降低卫星表面温度。