高能电子加速器的空间热控方法

1.利用星载储能媒质吸收废弃热量

相变控温是利用相变材料（PCM）的相变过程来储存或释放热量（相变潜热），从而实现对物体温度的控制。目前在相变材料使用中存在的一个问题是在一定的温差条件下，如何将设备工作产生的热量在短期内传递给相变材料，即如何保证相变材料在有限的时间内全部熔化，或者在放热过程中全部凝固。因为通常使用的相变材料是导热系数很小的石蜡类物质，同时，微重力条件又限制了对流传热效应。相变装置内部的高效传热是制约相变装置设计使用效果的另一个关键因素。

研究结果表明［10］：在石蜡中加入质量分数为5%～20% 的铝粉和铜粉时，其导热系数分别提高了20%～48% 和11%～24%；在脂酸中加入质量分数为5%～20% 的铝粉和铜粉时，其导热系数分别提高了23%～56% 和13%～28%。在相变材料中添加石墨后，其热导率从纯石蜡的0.242 W/（m·K）提高到4～7 W/（m·K），储热用的相变材料的储热时间和放热时间分别比纯石蜡缩短了70.7%与56.5%。

高孔隙率的泡沫金属材料是近年来开发的一种新型材料，以高孔隙泡沫金属材料为骨架，在其中填充相应的相变材料所制成的复合相变材料，在密度和单位体积的相变潜热都改变很小的情况下，可以使复合材料的等效导热系数大大提高，如把水充入孔隙率为94.6% 的泡沫铝中，其等效导热系数可由0.6 W/（m·K）提高到5.4 W/（m·K）。图9-9 所示为泡沫碳和石蜡/ 泡沫碳复合相变材料的结构［23］。

图9-9　泡沫碳和石蜡/ 泡沫碳复合相变材料的结构(www.xing528.com)

相变材料可以用于短时间工作的大功率电子加速器的恒温控制，通过在加速腔的腔壁结构中设计泡沫金属和相变材料复合结构，将加速腔产生的大量热量快速存储，实现加速管的恒温控制。

2.利用相变热管将热量输运到辐射结构

热管是一种利用工质的相变而传递热量的元件，在小温差下能够传递很大的热流。将热管与相变材料结合起来，即采用附加有填充相变材料腔体的热管，是航天器用热管的一种新尝试［10］。相变热管是将相变材料充装到双孔热管型材的一个孔中，而另一个孔充装氨工质，其结构如图9-10 所示。相变热管既能利用氨工质热管的良好等温性，又可利用相变材料在相变点温度时的良好恒温性，达到对发热设备实现等温和恒温的双重控制。

图9-1　0 相变热管结构

这一方法可以用于将大功率电子加速器产生的热量快速转移到辐射结构，通过在加速腔中设计相变热管结构，将加速腔产生的热量快速转移，以实现加速管的长期稳定工作。