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星载低温光学系统热控设计与飞行验证

刘庆志 易桦 江海 刘银年

刘庆志, 易桦, 江海, 刘银年. 星载低温光学系统热控设计与飞行验证[J]. 中国光学(中英文), 2023, 16(3): 542-549. doi: 10.37188/CO.2022-0200
引用本文: 刘庆志, 易桦, 江海, 刘银年. 星载低温光学系统热控设计与飞行验证[J]. 中国光学(中英文), 2023, 16(3): 542-549. doi: 10.37188/CO.2022-0200
LIU Qing-zhi, YI Hua, JIANG Hai, LIU Yin-nian. Thermal control design and flight test of a satellite-borne cryogenic optical system[J]. Chinese Optics, 2023, 16(3): 542-549. doi: 10.37188/CO.2022-0200
Citation: LIU Qing-zhi, YI Hua, JIANG Hai, LIU Yin-nian. Thermal control design and flight test of a satellite-borne cryogenic optical system[J]. Chinese Optics, 2023, 16(3): 542-549. doi: 10.37188/CO.2022-0200

星载低温光学系统热控设计与飞行验证

doi: 10.37188/CO.2022-0200
基金项目: 实践九号卫星国家重大科技专项工程
详细信息
    作者简介:

    刘庆志(1975—),男,黑龙江牡丹江人,博士,高级工程师,1997年、2002年于北京航空航天大学分别获得学士、硕士学位,2005年于中国空间技术研究院获得博士学位,主要从事航天器热设计、热分析及热试验工作。E-mail:looup@sina.com

  • 中图分类号: TK124

Thermal control design and flight test of a satellite-borne cryogenic optical system

Funds: Supported by National Major Science and Technology Project of SJ-9 Satellite
More Information
  • 摘要:

    星载长波红外相机工作时需要将整个光学系统的温度降低至−20 °C以下,以减少背景红外辐射的影响。在弱导热连接结构设计的基础上,研制了Ω型柔性遮阳装置,通过直接辐冷方式实现了光学系统的低温设计;研制了鸟笼式三维导热带,实现了主镜筒的均温设计。作为国内首个在空间领域应用的低温光学系统随实践九号B星进行了在轨飞行试验,结果表明,整个光学系统温度可长期保持在−35 °C~−20 °C,主镜筒圆周温度差小于4 °C。该热控设计方法简单有效,可以为类似星载红外光学系统的热设计提供参考。

     

  • 图 1  SJ-9B卫星构型图

    Figure 1.  Configuration of the SJ-9B satellite

    图 2  长波红外相机构型图

    Figure 2.  Configuration of the long-wave infrared imager

    图 3  相机内部热量传递图

    Figure 3.  Schematic diagram of heat transfer of the imager

    图 4  长波红外相机热控状态示意图

    Figure 4.  Schematic diagram of thermal control of the imager

    图 5  阳光遮挡情况示意图

    Figure 5.  Schematic diagram of the sunshield

    图 6  隔热垫片安装位置

    Figure 6.  Position of the insulation pads

    图 7  隔热垫片安装方式

    Figure 7.  Installation mode of the insulation pads

    图 8  鸟笼式导热带安装示意图

    Figure 8.  Schematic diagram of the cage-like straps

    图 9  鸟笼式导热带结构示意图

    Figure 9.  Configuration of the cage-like straps

    图 10  光学系统主要温度测点布置图

    Figure 10.  Temperature sensor layout of the optical system

    图 11  实践九号B星照片

    Figure 11.  Photograph of the SJ-9B satellite

    图 12  主镜筒和主反射镜温度曲线

    Figure 12.  Temperature curve of the body tube and the primary reflector

    图 13  后光学透镜温度曲线

    Figure 13.  Temperature curve of the rear lens

    图 14  次反射镜温度曲线

    Figure 14.  Temperature curve of the secondary reflector

    图 15  相机支架温度曲线

    Figure 15.  Temperature curve of the imager’s bracket

    表  1  长波红外相机各部分材料以及控温需求

    Table  1.   Materials and temperature requirements of the imager’s components

    零件名称温度水平( °C)温度均匀性( °C)材料
    次反射镜−35~−20/石英玻璃
    主镜筒−35~−20圆周温差≤5殷钢
    主反射镜−35~−20/石英玻璃
    后光学透镜−35~−20/Ge晶体
    相机支架−20~0/铝合金
    制冷机−20~20//
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    表  2  地面热平衡试验光学系统温度测试结果

    Table  2.   Temperatures in different positions (shown in Fig.10) of the optical system in the thermal balance test

    温度测点位置温度测点代号温度水平( °C)温度均匀性( °C)
    主镜筒T1−31.9~−28.5圆周温差:4.3
    T2−31.9~−28.5
    T3−27.6~−26.6
    主反射镜T4−27.6~−26.6/
    后光学透镜T5−25.6~−22.7/
    T6−26.6~−23.7/
    次反射镜T7−32.3~−31.9/
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-09-24
  • 修回日期:  2022-10-11
  • 网络出版日期:  2023-02-06

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