【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于空间科学探测装置温度噪声控制，具体涉及一种利用多层复合结构的温度噪声抑制方法。
技术介绍
1、引力波是时空结构中的涟漪，引力波探测对探索宇宙起源和致密星体都具有重大意义。目前，引力波探测主要基于激光干涉技术，通过探测两束同源激光相位差来探测引力波信号。地面引力波探测存在一定的限制：一方面，目前地面引力波探测器在100hz以下探测灵敏度很低，而大部分引力波集中在0.1mhz～0.1hz频段范围；另一方面，地面引力波探测器臂长有限，两路激光相位差非常小，限制了地面引力波探测灵敏度。空间引力波探测能够极大提高干涉仪臂长并规避地面噪声干扰，因此进行空间引力波探测非常必要。
2、空间引力波探测利用三颗同步卫星架构出干涉仪臂长，通过惯性传感器感知检测质量之间的位置变化，从而探测引力波信号。检测质量周围的温差波动会产生辐射压效应、热形变波动等温度效应，降低惯性传感器探测引力波信号的灵敏度，这些温度效应可以称作温度噪声。温度噪声会对检测质量产生随时间变化的杂散力和力矩，对检测质量产生加速度噪声，从而改变检测质量的运动轨道，掩盖引力波引起的检测质量距离变化，淹没来自引力波的信号，因此抑制温度噪声非常重要。
3、温度噪声来源于以太阳辐射为主的空间热通量噪声，由于卫星绕地球和太阳不停转动，太阳辐射照射在卫星上具有周期性，产生一定的热流噪声。在引力波探测敏感频段内，太阳辐射的热通量噪声约为5w/（m2·hz1/2），地球和月球也会产生的热通量噪声分别为10-2w/（m2·hz1/2）和10-5w/（m2·hz1/2
4、当前，空间航天器所用到的多层材料为反射层（如镀铝聚酰亚胺薄膜）和间隔物（如涤纶网）间隔排列组成，主要是形成高热阻抑制辐射传热，近年来，美国nasa戈达德航天中心将低热导率的气凝胶集成到多层隔热材料，进一步提高隔热性能，当前的空间多层隔热材料目的是将航天器表面200℃到-180℃的恶劣温度环境控制到保证航天器及其仪器设备能够正常工作的温度范围，但是，并不关注小范围内温度波动情况，比如当实现±1k的控温精度时，在±1k的温度范围内温度是直线变化还是波动变化，并不是关注的问题，即并不关注温度噪声的控制问题，但是，在引力波探测过程中的热控需要考虑以上问题。
5、由于空间探测装置在太空中可利用的资源有限，目前，国内外温度噪声控制均以被动隔热材料抑制为主，比如lisa卫星中采用由一层厚厚的复合聚氨酯材料制成的隔热罩来抑制温度噪声，“太极一号”卫星采用隔热材料降低外部热干扰。研究表明，被动隔热材料的热导率越低、比热容越高，其温度噪声抑制效果越好。因此，空间引力波探测中亟需开发目标频段内同时满足低热导率和高比热容的材料。常用低热导率材料包括气凝胶、复合聚氨酯等，相关研究聚焦于降低隔热材料热导率；常用高比热容材料包括相变材料，相关研究致力于提高相变材料相变潜热。但是，单一热控材料难以同时兼容低热导率和高比热容两种特性。同时，单纯地对低热导率材料和高热容材料进行掺混，会提高复合材料的热导率并降低其比热容，削弱了各原材料的优势。基于上述分析，本专利技术提出一种利用多层复合结构的温度噪声抑制方法。
技术实现思路
1、为了实现目标频段内的被动隔热材料抑制同时兼容低热导率和高比热容两种特性，本专利技术提供一种利用多层复合结构的温度噪声抑制方法。
2、一种利用多层复合结构的温度噪声抑制方法以低热导率材料降低温度噪声强度，以高比热容材料将高温度噪声移出敏感频率区间，基于低热导率材料与高比热容材料的多层复合结构实现温度噪声的抑制；
3、所述敏感频率区间是指温度噪声频率区间为大于1mhz；
4、所述多层复合结构由高比热容材料和低热导率材料交替排布构成；
5、所述低热导率材料的热导率不大于0.1w/（m·k）；
6、所述高比热容材料的等效比热容不小于4000j/(kg·k)。
7、所述多层复合结构从靠近热流源头开始，沿温度噪声传递方向，采用高比热容材料、低热导率的顺序一层层交替布置。
8、所述高比热容材料为相变材料，相变材料的相变潜热不小于100j/g，相变温度在被控温度附近。
9、基于多层复合结构的温度噪声抑制操作步骤如下：
10、步骤（1）：根据航天器外部热控材料厚度要求，设定多层复合结构的总厚度，所述总厚度为1-2cm；即为四层以上的低热导率材料的厚度和五层以上的高比热容材料的厚度之和；
11、步骤（2）：分别确定高比热容材料和低热导率材料；
12、步骤（3）：将高比热容材料置于外层，确定最佳高比热容材料占比，最佳高比热容材料占比为60%-70%；
13、步骤（4）：在步骤3确定的最佳高比热容材料占比前提下，依次增加多层复合结构的复合材料层数，即四层以上的低热导率材料和五层以上的高比热容材料，实现抑制后的温度噪声水平达到要求。
14、上述温度噪声抑制操作进一步的技术方案如下：
15、所述航天器的引力波探测频段为0.1mhz～1hz之间。
16、所述敏感频率区间的频段为10mhz～1hz之间。
17、所述低热导率材料为复合聚氨酯材料，热导率为0.044 w/（m·k）、比热容为885j/（kg·k）、密度为100kg/m3。
18、所述高比热容材料为由质量分数70-80%的石蜡、质量分数5-10%的膨胀石墨、质量分数10-15%的烯烃嵌段共聚物混合均匀的相变材料；高比热容材料的热导率为1.447w/（m·k）、等效比热容为4660j/（kg·k）、相变潜热为145.1j/g、密度为919kg/m3。
19、所述石蜡的质量分数为80%、膨胀石墨的质量分数为5%、烯烃嵌段共聚物质量分数为15%。
20、与现有技术相比，本专利技术的有益技术效果体现在以下方面：
21、（1）本专利技术的温度噪声抑制方法通过低热导率特性降低温度噪声强度，通过高比热容特性将高温度噪声移出敏感频率区间，基于低热导率材料与高比热容材料构建多层复合结构，解决兼具低热导率和高比热容的材料研制困难的问题，实现温度噪声的抑制。多层复合结构的层数为三层，高比热容材料占比为60%-70%时，温度噪声的抑制效果最好，并且采用高比热容材料-低热导率材料-高比热容材料的三层复合结构效果更好，结果参见图2，高比热容材料为70%时，高比热容材料-低热导率材料-高比热容材料复合结构的温度噪声仅为低热导率材料-高比热容材料-低热导率材料的15%。不同层数的多层复合结构，总体上层数越多，温度噪声的抑制效果越好，效果远强于现常用的单层隔热低热导率材料，频段为0.001hz的温度噪声抑制效果在层本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种利用多层复合结构的温度噪声抑制方法，其特征在于：所述温度噪声抑制方法以低热导率材料降低温度噪声强度，以高比热容材料将高温度噪声移出敏感频率区间，基于低热导率材料与高比热容材料的多层复合结构实现温度噪声的抑制；
2.根据权利要求1所述的一种利用多层复合结构的温度噪声抑制方法，其特征在于：所述多层复合结构从靠近热流源头开始，沿温度噪声传递方向，采用高比热容材料、低热导率的顺序一层层交替布置。
3.根据权利要求1所述的一种利用多层复合结构的温度噪声抑制方法，其特征在于：所述高比热容材料为相变材料，相变材料的相变潜热不小于100J/g，相变温度在被控温度附近。
【技术特征摘要】
1.一种利用多层复合结构的温度噪声抑制方法，其特征在于：所述温度噪声抑制方法以低热导率材料降低温度噪声强度，以高比热容材料将高温度噪声移出敏感频率区间，基于低热导率材料与高比热容材料的多层复合结构实现温度噪声的抑制；
2.根据权利要求1所述的一种利用多层复合结构的温度噪声抑制方法，其...
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