近年来,我国航天事业发展迅速,以后将有更多的航天员进入太空,药品、血液等必备品需求量大,而其中很多需要低温保存。量子通信等星载设备对温控要求也很高,因此高精度的温控箱将成为航天活动中不可缺少的设备。而传统的机械制冷温控箱体积大、结构复杂、振动噪声大、温控精度低,不适合在太空中使用,急需研制新型的温控箱。热电制冷具有体积小、反应迅速、可靠性高、小制冷量下效率高等特点,已成为航天温控箱的最佳选择。温控箱性能受到多方面因素的影响,本文采用有限元方法对其进行详细的分析,以达到航天高标准的要求。主要研究内容包括:(1)通过对温控箱进行稳态分析,研究箱体形状、保温材料和热电器件等对其性能的影响,并确定了优化的方案:外形尺寸为100mm×100mm×100mm,内层和外层为1mm厚的铝板,中间保温层为8mm厚的真空绝热板,保温层中嵌入热电器件CP1.4-49-31-06L。同时,分析了热电材料参数随温度变化和内部辐射对仿真精度的影响。(2)对小型温控箱的PID控制过程进行数学建模,并采用Matlab软件进行编程实现,初步确定了温控箱的控制参数:最大电流限制为4A,PID控制参数pK取10A/K,iK取0.0001A/(K·s),dK取1 A·s/K。然后,采用COMSOL软件对温控箱的PID控制过程进行瞬态分析,结果表明在大温差波动和脉冲功率干扰下温控箱能够实现较高精度的温度控制,误差小于±0.25℃,满足设计要求。在温控箱的研究基础上,采用热电器件对1U立方星的温控系统进行设计,并进行有限元建模和仿真,研究卫星在高低温工况下的温度场分布情况。结果表明,卫星在高低温工况能够正常工作,低温工况下热电器件的平均功率为0.225W。本文采用有限元方法对基于热电制冷技术的温控箱进行稳态和瞬态分析,并确定优化的方案,对航天温控箱的研制具有指导意义。而且,采用热电器件对立方星整星温控系统进行设计,能够提高卫星的主动热控能力,对我国航天事业的发展具有一定的促进作用。