太阳深空探测器热防护系统分析与试验研究

Due to the existance of the atmosphere around the earth, the observation of the sun has evolved from ground based telescopes to near earth telescopes, and to deep space solar observation missions. Encouraging developments have been achieved. However, some mysterious problems remain to be answered, which can not be explaind by remote sensing. Solar probes are presented to observe the sun at a distance closer than ever, and to make in-situ physical sampling of the solar corona. One of the many technical challenges is that the probes must survive the thermal radiation hundreds of times stronger than that near the earth..The main tasks of the proposal are to study the deep space environment near the sun, and to acquire a practical Thermal Protection System(TPS) scheme for solar probe missions by material selection and test, and structural design. A prototype of the TPS will be made and tested in a infrared heating box to be constructed..The final purpose of the study is to aquire a TPS scheme for a typical solar probe, which will be a key technique for the future Chinese deep space missions to sense the sun.

由于地球大气的影响，对太阳的观测，已经从地面发展到近地空间，进一步发展到深空，并取得了诸多令人鼓舞的进展。然而，太阳物理领域的一些疑难问题，仅仅依靠远距离观测已经难以获得必要的数据进行解释，因此，人们提出了对太阳进行近距离成像观测的同时又能对太阳周边环境进行现场物理采样的太阳探测器。太阳探测器的诸多技术挑战之一就是需要在复杂的环境下承受强于地球附近数百倍的高温热辐射。.本申请项目的主要内容是对近邻太阳的空间环境进行研究，同时通过材料的选择和测试，以及结构的设计，实现一种用于太阳探测任务的可行的热防护系统(TPS, Thermal Protection System)方案，并通过设计的小型红外加热试验箱对其进行测试。.本研究的最终目标是探索适用于典型太阳探测器的热防护方案，为我国未来可能的太阳探测项目做关键技术的储备。

对近日环境及其对探测器的影响和风险进行了调查研究和分析，对近日探测轨道上探测器面临的热负荷进行了简要的分析，通过数值模拟的方法研究并确定了一种热防护方案，建立了10:1缩比模型，对缩比模型进行了数值模拟，根据缩比模型制造了试验件。建立了一套测试系统，主要包括聚光式太阳模拟发射器和空间环境模拟器，利用测试系统对缩比模型试验件进行了测试。数值模拟和试验测试的初步结果均表明，所采取的热防护措施和热控措施能够有效地隔离缩比模型前端所受的高强热辐射对后部仪器箱及有效载荷的影响。本课题还提出了需要重点关注的技术关键，为后续有关研究提供有价值的借鉴。