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孟恒辉,徐亚威,韩东阳,等.基于钎焊工艺的环路热管耦合系统设计及验证[J].中国空间科学技术（中英文）,2024,44(5):57-65.
MENG H H,XU Y W,HAN D Y,et al.Design and verification of loop heat pipe coupling heat system based on brazing technology[J].Chinese Space Science and Technology,2024,44(5):57-65(in Chinese).
一、文章导读
1.研究背景
随着航天技术的发展，航天器的功率从1kW到10kW量级的跳跃式增长，散热需求也越来越高。常规的高效传热部件，如热管、导热索等，广泛应用于高精度相机CCD、星敏、SAR天线等有效载荷热控设计，传热量在几瓦到几百瓦量级，无法适应航天器散热能力增长。而环路热管作为新型大功率、高效两相传热部件，尤其适用于实现复杂路径下的热量传递，同时具备长距离传输、逆重力、布局灵活等特点，已广泛应用于航天器有效载荷的热控系统中。
张红星等对环路热管启动特性开展研究，环路热管的启动与气液分布、姿态都有密不可分的关系；柏立战等对重力姿态下环路热管运行开展试验和理论研究，从系统压力平衡探究重力与毛细力的影响因素；CHEN Y M等对环路热管的运行特性进行研究，探究稳态、瞬态等场景下稳定运行的因素；何江等对不凝气体、温度波动机理开展研究，探究长寿命机理。众多学者的基础研究，推动了环路热管的工程应用场景。
在航天领域，杨涛等采用环路热管实现了狭小空间下对多片焦面CCD器件的高精度控温；黄金印等采用环路热管技术方案，解决了复杂构型下后光路组件热量收集、传输及排散的难题，实现光机结构高精度控温。通过上述可看出，环路热管尤其适用于狭小空间下的点热源散热。对于多点热源的复杂环境，尽管可采用多蒸发器等形式，但环路热管系统稳定性差。对于其在平台系统的使用研究，国内外都是欠缺的，主要原因是传热链路上换热面积小，界面热阻大，使得传热效果很难匹配平台散热的应用需求。因此，根据空间热流特点探索环路热管耦合系统在平台系统应用的可行性，并针对低温钎焊工艺开展环路热管耦合系统的工程实现，设计专项试验验证其正确性，扩宽环路热管的应用场景。
2.文章梗概
随着航天技术的发展，航天器的功能集成度提升，对系统散热要求越来越高。环路热管作为一种两相态高效传热部件，具备远距离、逆重力、布局灵活等特点，常应用于单一热源下的定向热量传输；对于多点热源的复杂环境，环路热管系统稳定性差，一般很难适应。针对复杂空间热流下多点分散热源的散热需求，设计了一种基于钎焊工艺的环路热管强耦合热管理系统，对关键耦合参数进行了敏感性分析，并开展了相关试验，验证了界面低热阻、强耦合等关键技术的可行性，提升平台散热能力达52%。环路热管实现了在陆地探测四号01星载荷舱上的应用，为国际首次在平台系统的大规模应用，载荷舱散热能力由4kW提升到6kW，为大功率固态放大器提供0~20℃在轨温度环境。环路热管突破了在平台应用的约束限制，为后续环路热管的热耦合系统设计提供借鉴。
3.总结与展望
本文通过对基于钎焊工艺的环路热管强耦合系统设计研究，并开展了耦合系统设计的可行性试验。试验结果表明，基于钎焊工艺的环路热管耦合系统，其界面低热阻、强耦合等关键技术路线可行，毛细泵钎焊界面的换热系数可达13333.3W/（m2·K），提升平台散热能力达52%。该强耦合系统传热能力强，高动态响应，节省系统平衡时间，为其在平台系统的应用奠定基础，拓宽了环路热管的应用场景。
为了更好地增强耦合效果，可在以下方面提升：
1）毛细泵与热源的界面换热系数是关键，可采取低温钎焊等手段，减小界面温差，提升整个系统的耦合效果；
2）环路热管数量的选择，需要根据具体需求开展分析，通过系统评估，找到最佳的套数设计参数。
一、文章导读
孟恒辉，北京空间飞行器总体设计部高级工程师，研究方向为航天器热设计。
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来源：《中国空间科学技术（中英文）》2024年第5期
编辑：陈飚
监制：祁首冰
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