星载蒸汽压缩热泵排热系统是一种潜力巨大的主动热控手段。与传统热量排散技术相比，蒸汽压缩热泵系统具有可利用向阳面散热、可缩小散热面积、调节能力强等优势。因此基于某航天院所对某型号卫星仪器舱内温度提出的优化要求，为该卫星设计了一套蒸汽压缩热泵系统。同时，搭建了压缩机重力无关性能测试实验台，对压缩机重力无关性能进行了测试。根据某航天院所对某型号卫星平台热控系统提出的技术要求，给出了星载蒸汽压缩热泵系统的总体设计方案和运行方案。此热泵系统采用美国Aspen滚动转子压缩机，首先依据压缩机厂商提供的工况表，整理出了符合运行条件的所有工况，然后通过分析选择出了最适合的设计工况点。设计工况点确定之后，分析了蒸发温度与单机温度、冷凝温度与辐射器散热面积的关系。同时还对压缩机排气温度和辐射器散热面积进行了校核计算。建立了热沉的热分析模型，给出了热沉设计的详细方案，分析了热沉流道宽度对热沉单位面积换热量、压降、换热面积和热沉重量的影响。热沉流道宽度越小，单位面积换热量越大，所需换热面积和重量也就越小，但是会造成压降较大的结果。本文以热沉流道宽度2mm为例，对热沉结构参数做了详细计算，最终设计加工了流道宽度分别为2mm、3mm、4mm和5mm的热沉实物。对实验室已有的微型热泵系统试验台进行改造，研究了Aspen微型滚动转子压缩机的重力无关性能。压缩机倾斜15°时，探究了制冷剂充注量、冷冻水温度、冷却水温度以及压缩机转速控制电压对系统性能的影响，结果表明，系统性能参数的变化趋势与压缩机正立放置时相同，但是性能曲线变化速率却不同；压缩机低转速运行时，倾角在0°~60°范围内变化，系统均可正常运行，但是控制电压5V（全速运行）时，压缩机倾斜角度大于20°就会出现停机现象；压缩机倾斜60°时，进行了改变控制电压实验，结果表明控制电压小于等于3.5V，可保证压缩机的正常运行；此外，还对低转速运行倾角60°的压缩机进行了12小时的稳定性试验。