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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

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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]. , 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]. , 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 1SJ-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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  • 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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