近年来，随着航天科技飞速发展，开展太空科学实验以及太空探索项目日益成为国际研究热点与前沿。凭借运行稳定、规模庞大等优势，国际空间站(ISS)成为进行太空探索实验的理想平台。作为第一个在ISS上开展的大型科学实验，阿尔法磁谱仪(AMS)旨在通过探测高能宇宙射线，以更好地理解宇宙未知和起源。AMS安装于ISS主桁架外部，面对复杂且恶劣的太空环境，同时受到ISS自身运行的影响，AMS热系统面临严峻考验。因此，对AMS热系统在轨运行响应特性的研究是保证AMS长期安全运行的关键，也对其它站载设备热系统的研发具有重要参考意义。本文以AMS热系统为研究对象，基于在轨实验热数据，综合运用理论分析和数值模拟的研究方法，对ISS运行工况下AMS的热环境动态变化特性、热系统动态响应特性、温度异常发生规律及优化方法进行了系统分析，主要研究工作及相关结果如下所述:
　　1.理论分析了AMS在轨运行的热量传递过程，对AMS在轨热平衡条件以及空间辐射外热流进行了理论推导。在此基础上，理论计算了三类ISS典型操作对AMS表面热环境的影响。其中，计算得到了锁定ISS太阳能阵列对AMS表面太阳辐射外热流的遮挡作用在(-75°，-21°)和(+57°，+75°)β角区间内最为显著;推导了AMS表面太阳辐射外热流随ISS右侧主辐射器转动而变化的数学模型;基于球面坐标系以及ISS飞行姿态的三个角度控制变量，建立了ISS飞行姿态调整时AMS表面外热流的动态变化数学模型，可较为准确地实现ISS变姿态中AMS特定表面外热流的理论计算。
　　2.基于AMS在轨运行近九年的实验热数据,对ISS全工况下、全β角区间内AMS表面温度的变化规律及其影响因素进行分析，确定了AMS不同表面温度异常出现位置。基于ISS典型操作工况的记录数据，重点对高频发生的ISS典型操作工况下的AMS温度响应特性进行了对比分析，得到了不同ISS典型操作对AMS的温度影响规律。基于在轨温度记录数据，研究了ISS全工况下的温度异常发生规律，对已有应对措施的热控效果进行了对比分析。数据分析结果表明:ISS全工况下的AMS各部件温度大多处于正常允许范围内，只有TRD气体系统和第一层TRACKER上会发生低温异常;相同条件下，不同类型的ISS典型操作对AMS温度具有不同甚至相反的影响，证明了ISS典型操作之间的温度补偿作用;第一层TRACKER的低温异常主要发生于无多层绝热材料覆盖的中心区域且集中在(-75°，-65°)β角区间，超温幅度有限，开启邻近加热器可对其实现有效热控制;TRD气体系统的低温异常大多发生于(-65°，-28°)、(-25°，+28°)和（+44°，+75°）β角区间，主要由ISS典型操作和AMS处于冷工况导致，加装绝热毯可完全避免(-60°，+60°)β角区间内的低温异常，却可能加剧(-75°，-60°)和(+60°，+75°)β角区间内的低温异常，对此可适时采取开启临近加热器、转动ISS右侧主辐射器以及取消锁定ISS太阳能阵列的热控制建议，以避免低温异常加剧。
　　3.基于商业热分析软件Thermal Desktop和SINDA/FLUINT，建立了AMS安装于ISS上的系统级热网络模型，通过多种数据对比方法验证了数值模型有效性。利用热网络法对ISS运行下AMS热系统关键部件的热环境变化以及温度响应特性进行了数值模拟研究，重点对AMS热系统关键部件所受ISS典型操作影响规律及其温度异常发生规律进行了分析。数值模拟结果表明:AMS表面外热流的变化趋势主要由其中的太阳辐射外热流决定，三种ISS典型操作均能对外热流造成显著影响，导致的外热流变化幅度随β角的增加先减小后增大，并在极值β角处取得极大值，最大可达383.6W/m2;调整ISS飞行姿态对AMS热系统关键部件影响相对较大，并可能引发温度异常;温度异常通常只可能在ISS姿态改变为沿+Y、+Z轴方向飞行时发生，发生时间为典型操作执行后的6235s至73897s，且分别在AMS两个主散热器的右侧和底部区域发生机率最高、对硬件设备影响最为严重。
　　4.基于数值模拟结果，对ISS典型操作引起的AMS热系统的外热流与温度改变量之间的线性相关性进行了分析，据此揭示了不同ISS典型操作对AMS热系统温度响应特性的影响机理。根据ISS右侧主辐射器转动对AMS热系统温度响应特性的影响机理以及温度补偿效应，针对ISS飞行姿态调整可能引发的AMS热系统关键部件温度异常，提出了基于ISS右侧主辐射器角度调整的两种热控制优化方法，并对其热控制效果进行了对比分析。研究结果表明:调整ISS飞行姿态时AMS热系统温度响应只由其表面外热流决定，而锁定ISS太阳能阵列和转动ISS右侧主辐射器下的AMS热系统温度响应则由其表面外热流以及热系统向空间辐射散热共同决定;对于以“最小热流”和“最低温度”为原则的热控制优化方法，其分别可导致温度异常发生时间延迟2.0％～28.1％和2.0％～42.7％，在特定条件下甚至可以完全避免温度异常发生，展现出良好的热控制效果。