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4.1 总结 22
4.2 展望 23
致谢 24
参考文献 25
1 绪论
1.1 研究背景
随着航天器空间任务的多样化，航天器热控材料要能够适应复杂空间环境的变
化，而传统热控材料虽然简单可靠，但是由于其表面的热辐射性能基本保持不变，不
具备自主调节能力，不能快速适应复杂的环境变化需求；另一方面，由于航天器的微
小型化发展趋势，不仅要求所用材料具有轻量化、较小的体积及小的功率消耗的特性，
同时由于微小型化使得航天器的热容会相对较小，航天器内部器件发热和外部空间环
境引起的热量变化会造成较大的温度变化。为满足技术的发展需求，热控系统要求热
控材料具备微小型尺寸、轻的质量、小的能耗和良好的主动适应性能[6]
。因此，具有轻量化、较小体积的可变发射率热控器件成为了微型卫星热控系统和航天器热控研究
的新热点。于是，NASA 将可变发射率热控器件技术确定为需要重点发展的 7项技术之
本文所要研究的热致变色材料，这种材料通常会有一个相变温度，在相变温度附
近会发生相变反应，即材料的红外发射率会有明显的改变。正是由于这种特性，如果
能够合理控制相变温度的具体数值，那么利用这种材料制作的航天器表面就能够根据
外界的温度自主智能改变红外发射率的数值。称其为相变反应是因为具有这种特性的
材料，其发射率的改变类似于绝缘体到金属体的改变。一般情况下，绝缘体的发射率
均高于金属体。经过了国内外学者研究的成果[2]
，典型的热致变色材料为3 1 MnO B La x x
（B=Ca 等）材料，其具有明显的相变反应并且研究发现[11]
，相变温度会受到掺杂浓度的影响，通过改变掺杂浓度x
的数值，可以控制这种材料的相变温度在室温附近。
1.2 国内外掺杂锰酸镧可变发射率材料的研究进展
研究较为广泛的被动型可变发射率材料是热致相变材料，在其相变点附近，材料
的光学、热学性质发生急剧变化。国际上目前对这类热致相变材料的研究主要集中在
掺杂氧化钒
2 - - 1 O N M V y x y x
（M 和 N 一般为钨和钛）和掺杂稀土锰氧化物材料
La(M1,M2)MnO3 (M1 和 M2 均为二价碱土元素)[9,10]
。和主动智能热控材料相比，这两种
被动型主动热控制材料，没有活动部件，也不需要信号控制单元，重量轻，可靠性高。
1999 年，日本的 NEC 公司和日本航空航天探测总署（Japan Aerospace
Exploration Agency，JAEA）公布了一种新型的陶瓷型智能热控材料， 即
3 - 1 MnO Sr La x x耗。卫星发射后至 2005 年 8 月之间历史温度水平和遥测结果表面，使用了该类主动
材料的器件日温度波动24%，最低温度没有达到加热器的设定开启温度-28℃；相比于
使用固定发射率柔性OSR 的辐射器，该材料可以节约功率18W，而要配备同样尺寸的
机械百叶窗，则会增加重量250g。经过 2.5 年的在轨遥测表面，这种主动热控材料的
空间热控性能无退化。而薄膜型的智能热控材料也已在创新技术验证试验
（Innovative Technology Demonstration Experiment，INDEX）卫星上使用，装贴
在太阳帆板的表面，用来抑制太阳帆板的温度波动[1]
。 ，
测试了它的热辐射特性。2000 年又对陶瓷薄片型
3 0.175 0.825 MnO Sr La、
3 0.5 0.7 MnO Ca La和在国内，郑勤等人[3,12]
对涂料型
3 1 MnO Sr La x x
智能热控涂层进行了研究。用固相反