Phân hệ điều khiển nhiệt độ trên vệ tinh Tại sao phải điều khiển nhiệt độ trên vệ tinh. Các nguồn nhiệt ảnh hưởng tới nhiệt độ của vệ tinh. Phân loại phương pháp điều khiển nhiệt độ. Các phương pháp điều khiển nhiệt độ thụ động. Các phương pháp điều khiển nhiệt độ tích cực
Phân hệ điều khiển nhiệt độ trên vệ tinh Nguyễn Tiến Đạt 1 Tại sao phải điều khiển nhiệt độ trên vệ tinh. Các nguồn nhiệt ảnh hưởng tới nhiệt độ của vệ tinh. Phân loại phương pháp điều khiển nhiệt độ. Các phương pháp điều khiển nhiệt độ thụ động. Các phương pháp điều khiển nhiệt độ tích cực. Nội dung trình bày 2 Các thiết bị điện tử đều có dải nhiệt độ an toàn cho chúng vận hành. Nếu nhiệt độ của thiết bị điện tử quá cao hoặc quá thấp thì chúng sẽ vận hành không ổn định hoặc bị phá hủy. Do đó, phải điều khiển nhiệt độ để giữ cho nhiệt độ của các thiết bị trên vệ tinh nằm trong giới hạn cho phép. 1. Tại sao phải điều khiển nhiệt độ trên vệ tinh? 3 Bức xạ trực tiếp từ mặt trời. Bức xạ mặt trời gián tiếp do phản xạ từ Trái đất. Bức xạ hồng ngoại từ Trái đất. Do ma sát với khí quyển Trái Đất. Tỏa nhiệt do hoạt động của các thiết bị. 2. Các nguồn nhiệt ảnh hưởng tới nhiệt độ của vệ tinh. 4 Mặt trời là nguồn bức xạ ổn định. Cường độ phát bức xạ từ mặt trời biến động thường < 1% (với chu kì khoảng 11 năm). Do quỹ đạo Trái Đất hình elipse, cường độ bức xạ mặt trời tại Trái Đất biến động khoảng ±3,5%, tùy thuộc vào vị trí của Trái Đất trên quỹ đạo (từ 1322 đến 1414 W/m2). 2.1. Bức xạ trực tiếp từ mặt trời. 5 Cường độ bức xạ mặt trời còn phụ thuộc vào bước sóng: ◦ Khoảng 7% năng lượng ánh sáng trong vùng tử ngoại. ◦ Khoảng 46% năng lượng ánh sáng trong vùng nhìn thấy. ◦ Khoảng 47% năng lượng ánh sáng trong vùng hồng ngoại. 2.1. Bức xạ trực tiếp từ mặt trời. 6 Tùy vào vị trí của vệ tinh trên quỹ đạo, cường độ loại bức xạ này mà vệ tinh nhận được biến đổi mạnh. ◦ Cường độ phản xạ ở lục địa mạnh hơn đại dương. ◦ Độ che phủ của mây càng nhiều thì cường độ phản xạ càng lớn. ◦ Góc tới của tia sáng mặt trời. 2.2. Bức xạ Mặt Trời phản xạ từ Trái Đất hoặc Mặt Trăng. 7 2.3. Bức xạ hồng ngoại. 8 Cường độ bức xạ hồng ngoại của Trái Đất phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nhiệt độ bề mặt Trái Đất, độ che phủ của mây. Cường độ bức xạ hồng ngoại càng lớn nếu nhiệt độ bề mặt Trái Đất càng cao (vùng nhiệt đới, sa mạc) và độ che phủ mây càng nhỏ. 2.3. Bức xạ hồng ngoại. 9 Nhiệt lượng tỏa ra càng lớn nếu: ◦ Mật độ không khí càng lớn. ◦ Tốc độ chuyển động càng lớn. 2.4. Ma sát với khí quyển 10 [...]...2.5 Phát nhiệt từ các thiết bị điện tử Các thiết bị điện tử khi hoạt động sẽ tỏa nhiệt 3 Phân loại phương pháp điều khiển nhiệt độ Phương pháp điều khiển thụ động: dựa trên các vật liệu dẫn nhiệt và bức xạ nhiệt Phương pháp điều khiển chủ động: dựa trên các máy bơm nhiệt, máy điều hòa nhiệt độ, các cơ cấu dịch chuyển 4 Các phương pháp điều khiển nhiệt độ thụ động Bộ bức xạ... mạch nhiệt đóng vai trò cách nhiệt, lúc này, nhiệt độ của các thiết bị bên trong vệ tinh vẫn được duy trì mà không bị hạ xuống quá thấp 5.3 Bộ tạo nhiệt Bộ làm nóng được sử dụng trong hệ thống điều khiển nhiệt độ trên vệ tinh để bảo vệ các thiết bị điện tử trong điều kiện nhiệt độ quá thấp, hoặc giữ cho nhiệt độ thiết bị trên ngưỡng tối thiếu trước khi nó đi vào hoạt động Bộ làm nóng sử dụng máy điều. .. mạch nhiệt ở chế độ cách nhiệt Khi thiết bị điện tử hoạt động, một phần điện năng biến đổi thành nhiệt và làm nhiệt độ của thiết bị tăng lên Khi nhiệt độ tăng lên tới một ngưỡng nhất định thì bộ chuyển mạch nhiệt chuyển sang chế độ dẫn nhiệt Nhiệt lượng từ thiết bị điện tử được truyền qua bộ chuyển mạch nhiệt sang tấm thu nhiệt Nhiệt độ càng cao so với ngưỡng thì độ dẫn nhiệt càng lớn Nhờ vào điều. .. phép giữ được nhiệt độ thiết bị điện tử trong ngưỡng cho phép 5.2 Chuyển mạch nhiệt bộ chuyển mạch nhiệt cũng ứng dụng trong việc ổn định nhiệt độ của toàn vệ tinh ở mức mong muốn: Khi các thiết bị bên trong hoạt động, nhiệt độ bên trong vệ tinh tăng lên, lúc này các chuyển mạch nhiệt sẽ chuyển sang chế độ dẫn nhiệt, đưa nhiệt lượng ra bên ngoài Trong trường hợp các thiết bị không hoạt động, bộ chuyển... pháp điều khiển nhiệt độ tích cực Ống dẫn nhiệt Chuyển mạch nhiệt Bộ tạo nhiệt Bộ làm mát 5.1 Đường ống dẫn nhiệt Ống dẫn nhiệt sử dụng vật liệu chuyển pha liquid-flow để vận chuyển nhiệt từ nơi này đến nơi khác Thiết bị sinh nhiệt sẽ gắn vào một đầu của ống và thiết bị thu nhiệt sẽ gắn vào đầu còn lại Nguồn sinh nhiệt sẽ cung cấp nhiệt lượng thông qua thành ống cho vật liệu chuyển pha Nhiệt. .. phía bên trong của vệ tinh được sơn màu đen để thu được hệ số phát xạ cao, trong khi bề mặt phía bên ngoài của vệ tinh được sơn màu trắng để giảm nhỏ hệ số hấp thụ bức xạ mặt trời 4.4 Sử dụng cách ly nhiều lớp Là phần tử kiểm soát nhiệt độ rất phổ biến trên vệ tinh Phần tử cách ly nhiều lớp ngăn cản mất nhiệt từ các phần tử và sự quá nhiệt do tác động từ môi trường bên ngoài Nhiệt truyền qua phần... mạch nhiệt Bộ chuyển mạch nhiệt là thiết bị có khả năng thay đổi vai trò dẫn nhiệt hoặc cách nhiệt Bộ chuyển mạch nhiệt khác với máy nhiệt Bộ chuyển mạch nhiệt hiện nay có hai loại là parafin heat switches và cryogenic heat switches 5.2 Chuyển mạch nhiệt ứng dụng để điều khiển nhiệt độ của mỗi phần tử: bộ chuyển mạch nhiệt được đặt giữa thiết bị điện tử cần làm mát và một thiết bị thu nhiệt. .. hóa hơi (liquid to gas), vật liệu dễ thăng hoa (solid to gas) Nhược điểm: không sử dụng được nếu vật liệu có nhiệt độ nóng cháy cao hơn nhiệt độ vật cần hấp thụ 4.3 Phủ lớp kiểm soát nhiệt Lớp phủ kiểm soát nhiệt phụ thuộc bước sóng được dùng trong việc thiết kế điều khiển nhiệt độ trên vệ tinh ◦ Để tối thiểu hóa sự hấp thụ năng lượng ánh sáng mặt trời, các bộ phản xạ ánh sáng mặt trời (ví dụ như... thiếu trước khi nó đi vào hoạt động Bộ làm nóng sử dụng máy điều nhiệt hoặc vi điều khiển bán dẫn để điều khiển nhiệt độ của thiết bị điện tử một cách chính xác 5.4 Bộ làm mát Bộ làm mát là các máy bơm nhiệt dùng để làm mát những thiết bị có yêu cầu về nhiệt độ vận hành thấp vận hành dựa trên hiệu ứng Peltier – Seebeck (hiệu ứng nhiệt điện), ở đó dòng điện sẽ vận chuyển năng lượng nhiêt từ một... thu nhiệt do sự chênh lệch áp suất hơi trong ống Tại đầu gắn thiết bị thu nhiệt, do nhiệt độ ở đây thấp, hơi bị ngưng tụ Quá trinh ngưng tụ là quá trình tỏa nhiệt, nhiệt này được truyền qua thành ống cho thiết bị thu nhiệt Chất lỏng sau khi hóa hơi sẽ chảy về đầu ống gắn thiết bị thu nhiệt Chu trình mới lại được bắt đầu 5.1 Đường ống dẫn nhiệt Vật liêu chuyển pha được sử dụng trong đường ống dẫn nhiệt . Phân hệ điều khiển nhiệt độ trên vệ tinh Nguyễn Tiến Đạt 1 Tại sao phải điều khiển nhiệt độ trên vệ tinh. Các nguồn nhiệt ảnh hưởng tới nhiệt độ của vệ tinh. Phân loại phương pháp điều. pháp điều khiển nhiệt độ. Các phương pháp điều khiển nhiệt độ thụ động. Các phương pháp điều khiển nhiệt độ tích cực. Nội dung trình bày 2 Các thiết bị điện tử đều có dải nhiệt độ an toàn. hoạt động sẽ tỏa nhiệt. 11 2.5. Phát nhiệt từ các thiết bị điện tử Phương pháp điều khiển thụ động: dựa trên các vật liệu dẫn nhiệt và bức xạ nhiệt. Phương pháp điều khiển chủ động: dựa trên