热控制与GNC的结合：立方体卫星表面探测器和小型机器人的赋能技术

GNC（制导、导航与控制）的进步，特别是源自微型控制电子器件、反作用轮和姿态确定传感器的进步，使得设计表面探测器和小型机器人以在低重力环境中进行表面探测与科学研究成为可能。这些机器人将利用自身的反作用轮在崎岖表面上滚动、跳跃和翻滚。这些机器人能够提供地外表面“谷歌街景”质量的图像，并利用贯入仪开展一些独特的科学研究。这些系统可由高效率（工作于60-65%）的燃料电池供能，并利用由水电解得到的氢和氧。然而，阻碍这些探测器和机器人执行长时间表面探测与科学任务的主要挑战之一是热设计与控制。在太阳系内侧，白天通常有充足的太阳辐照使这些机器人保持温暖并为设备供电，但在阴影期间温度会降至远低于存储温度。我们开发了一种热控制系统，利用化学物质在需要时储存和释放热量。该系统收集废弃物（如机器人产生的水）并将其转移到一个热化学存储系统。这些热化学存储系统在与水（来自PEM燃料电池的废弃物）混合时释放热量。在阴影下，热化学存储系统的热量被释放以保持探测器足够温暖得以存活。在阳光下，太阳能光伏被用来电解水并重新加热热化学存储系统以释放水。我们的研究表明，热化学存储系统是用于月球、火星和小行星上表面探测器和机器人的一种可行解决方案。