火星低压大气与航天器对流换热验研究

【作者】 张冰强； 向艳超； 薛淑艳； 郑凯； 戴承浩； 苗建印；

【机构】 中国空间技术研究院总体部； 空间热控技术北京重点实验室；

【摘要】 与近地轨道真空环境相比,火星表面存在平均为636Pa的稀薄大气,它与航天器外表面产生强迫对流和自然对流,并导致航天器内部的气体换热。火星近地面大气温度日变化可达100℃,且海盗2号实测着陆点90%概率最大风速为15m/s。开放、剧烈温变、低压高速等大气环境特点给地面验证火星表面航天器的对流换热带来挑战。采用变温自然对流验证和定温强迫对流验证相结合的方法,分别在低压调温环境模拟器(KM6-F,φ4m,热沉-130℃～+25℃可调)和低压低温风洞环境模拟器(KM3E,风洞试验段Ф2.5m,热沉-130℃～+25℃可调)中,验证了火星气温日变化下的自然对流换热和不同风速下的强迫对流换热对"天问一号"火星车的影响,并综合两者评判火星低压大气对航天器的影响。自然对流传热系数可为0.05～0.55 W/(m~2·℃),在风速4～15 m/s范围内,强迫对流换热系数为1.24～2.4 W/(m~2·℃)。结果表明:随着风速和气温的变化,火星表面强迫对流换热与自然对流换热均可称为航天器与大气换热的主导因素,火星大气与航天器换热为强迫对流与自然对流混合换热过程。更多还原