火星探测器热控模拟器的设计与实现

发布时间：2020-05-07 23:41

【摘要】：我国计划于2020首次发射某型号火星探测器,完成探测火星的重要使命。如果此次发射任务成功,将使我国成为世界上第二个独立掌握火星着陆巡视探测技术的国家。探测器的热控系统旨在保障探测器内外仪器设备工作在正常的温度环境,一个探测器热控系统性能以及可靠性直接决定探测器的研制成功与否以及探测器在地外空间的工作寿命。因此需要对火星探测器的热控系统进行大量的模拟试验来验证其整体功能结构的合理性和可靠性,从而在火星探测器热控系统的设计阶段来消除技术方案的未知风险因素,减少后续因不确定问题所带来的损失,为最终热控系统的定型研制提供有效的实验数据和技术积累。本次课题针对上述要求,在详细分析了火星探测器的热控模拟需求和控制要求后,充分地了解了国内外地外卫星探测器热控系统的研制情况,分析了主动热控和被动热控方式的优势及不足。在此基础上,针对项目要求的温度遥测模拟、加热负载遥控模拟、星务软件控制等功能要求以及相关技术指标,提出了火星探测器热控模拟器的总体设计方案。火星探测器热控模拟器的硬件平台由PC/104工控机、温度模拟模块、加热负载模拟模块和电源控制模块等组成。其中温度模拟模块采用STM32配合AD5235/AD5174数字电位器的架构来模拟300路热敏电阻采集到的温度信号,通过使用SPI通信对450个数字电位器进行设置,以达到满足设置精度为0.1kΩ的1kΩ~200kΩ/1kΩ~250kΩ阻值可调范围;加热负载模块采用STM32配合光电编码器和热功率电阻,以达到共计200路的加热功率模拟。通过两个模块的配合,实现对火星探测器热控模拟器的精准控制和状态监测,同时设计加热负载算法来满足各个仪器在不同环境下工作的温度要求。星务控制软件使用C/C++进行开发,使用模块化的设计思想实现了软件的整体框架和各模块功能。通过软硬件配合实现对火星探测器热控系统的温度遥测模拟和加热负载模拟,并进行了热控试验得到了大量的实验数据,为后续的研制提供数据支持。最后,通过多次调试和热控模拟试验,采集大量实验数据,随后对实验结果进行分析标明,火星探测器热控模拟器满足各项功能和技术指标要求。其中温度模拟设备可以达到300路设置精度0.1kΩ的1kΩ~200kΩ/1kΩ~250kΩ阻值可调范围,200路热功率电阻可以按照加热负载算法进行导通加热模拟,压力测试状态良好,系统功能完备,具备交付条件。
【图文】：

在国际深空探测历史上首次通过一次发射任务，同时完成火星着陆巡视探测任务，而且将使我国成为继美国“海盗号”“洞察世界上第二个独立掌握火星着陆巡视探测技术的国家。课题中的火星探测器热控模拟器系统的特点是其硬件和软件做，实际环境中的温度遥测和加热器控制是通过整个系统的软硬，如此设计不仅可以降低研发成本、推动空间探测器技术的发续热控系统的研制提供设计思路，为最终火星探测器的热控系大量试验数据，因此课题关于火星探测器热控模拟器的研究内使用意义。星探测器热控技术现状火星热环境与地球在太阳系中作为比邻的两颗行星，在宇宙大爆炸各个中具有诸多相似性。火星是人类目前深空探测最为深入的类地如图 1-1 所示。

哈尔滨工业大学硕士学位论文反射屏多由低红外发射率的金属箔或是金属镀膜组成。多层隔热材料的热控原理是通过降低反射屏间的红外发射率，利用反射屏之间填充间隔物的低导热系数的物理特性，，降低辐射换热和导热的效率，以达到隔绝热量传导的目的。一般使用时往往是多层使用，从而实现更好的阻热效果[31]。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V476.4;V444.36

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