【摘要】：我國計劃于2020首次發(fā)射某型號火星探測器,完成探測火星的重要使命。如果此次發(fā)射任務成功,將使我國成為世界上第二個獨立掌握火星著陸巡視探測技術的國家。探測器的熱控系統(tǒng)旨在保障探測器內(nèi)外儀器設備工作在正常的溫度環(huán)境,一個探測器熱控系統(tǒng)性能以及可靠性直接決定探測器的研制成功與否以及探測器在地外空間的工作壽命。因此需要對火星探測器的熱控系統(tǒng)進行大量的模擬試驗來驗證其整體功能結構的合理性和可靠性,從而在火星探測器熱控系統(tǒng)的設計階段來消除技術方案的未知風險因素,減少后續(xù)因不確定問題所帶來的損失,為最終熱控系統(tǒng)的定型研制提供有效的實驗數(shù)據(jù)和技術積累。本次課題針對上述要求,在詳細分析了火星探測器的熱控模擬需求和控制要求后,充分地了解了國內(nèi)外地外衛(wèi)星探測器熱控系統(tǒng)的研制情況,分析了主動熱控和被動熱控方式的優(yōu)勢及不足。在此基礎上,針對項目要求的溫度遙測模擬、加熱負載遙控模擬、星務軟件控制等功能要求以及相關技術指標,提出了火星探測器熱控模擬器的總體設計方案�；鹦翘綔y器熱控模擬器的硬件平臺由PC/104工控機、溫度模擬模塊、加熱負載模擬模塊和電源控制模塊等組成。其中溫度模擬模塊采用STM32配合AD5235/AD5174數(shù)字電位器的架構來模擬300路熱敏電阻采集到的溫度信號,通過使用SPI通信對450個數(shù)字電位器進行設置,以達到滿足設置精度為0.1kΩ的1kΩ~200kΩ/1kΩ~250kΩ阻值可調(diào)范圍;加熱負載模塊采用STM32配合光電編碼器和熱功率電阻,以達到共計200路的加熱功率模擬。通過兩個模塊的配合,實現(xiàn)對火星探測器熱控模擬器的精準控制和狀態(tài)監(jiān)測,同時設計加熱負載算法來滿足各個儀器在不同環(huán)境下工作的溫度要求。星務控制軟件使用C/C++進行開發(fā),使用模塊化的設計思想實現(xiàn)了軟件的整體框架和各模塊功能。通過軟硬件配合實現(xiàn)對火星探測器熱控系統(tǒng)的溫度遙測模擬和加熱負載模擬,并進行了熱控試驗得到了大量的實驗數(shù)據(jù),為后續(xù)的研制提供數(shù)據(jù)支持。最后,通過多次調(diào)試和熱控模擬試驗,采集大量實驗數(shù)據(jù),隨后對實驗結果進行分析標明,火星探測器熱控模擬器滿足各項功能和技術指標要求。其中溫度模擬設備可以達到300路設置精度0.1kΩ的1kΩ~200kΩ/1kΩ~250kΩ阻值可調(diào)范圍,200路熱功率電阻可以按照加熱負載算法進行導通加熱模擬,壓力測試狀態(tài)良好,系統(tǒng)功能完備,具備交付條件。
【圖文】：

在國際深空探測歷史上首次通過一次發(fā)射任務，同時完成火星著陸巡視探測任務，而且將使我國成為繼美國“海盜號”“洞察世界上第二個獨立掌握火星著陸巡視探測技術的國家。課題中的火星探測器熱控模擬器系統(tǒng)的特點是其硬件和軟件做，實際環(huán)境中的溫度遙測和加熱器控制是通過整個系統(tǒng)的軟硬，如此設計不僅可以降低研發(fā)成本、推動空間探測器技術的發(fā)續(xù)熱控系統(tǒng)的研制提供設計思路，為最終火星探測器的熱控系大量試驗數(shù)據(jù)，因此課題關于火星探測器熱控模擬器的研究內(nèi)使用意義。星探測器熱控技術現(xiàn)狀火星熱環(huán)境與地球在太陽系中作為比鄰的兩顆行星，在宇宙大爆炸各個中具有諸多相似性�；鹦鞘侨祟惸壳吧羁仗綔y最為深入的類地如圖 1-1 所示。

哈爾濱工業(yè)大學碩士學位論文反射屏多由低紅外發(fā)射率的金屬箔或是金屬鍍膜組成。多層隔熱材料的熱控原理是通過降低反射屏間的紅外發(fā)射率，利用反射屏之間填充間隔物的低導熱系數(shù)的物理特性，，降低輻射換熱和導熱的效率，以達到隔絕熱量傳導的目的。一般使用時往往是多層使用，從而實現(xiàn)更好的阻熱效果[31]。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：V476.4;V444.36

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