基于半导体制冷的星载CCD测试用低温环境装置设计

文章设计了一种基于半导体制冷的星载CCD测试用低温环境装置。该装置结合热电制冷器和抗积分饱和PID控制算法,以ARM内核的微控制器作为主控芯片,采用温度传感器采集温度信息,以脉冲宽度调制(PWM)技术控制热电制冷器的制冷功率,利用水冷散热装置散发热电制冷器发出的热量,实现制冷温度的精确控制。该装置低温箱小巧轻便,可装配于CCD测试暗箱内,利用暗箱壁上的通光孔设计,可实现低温环境下CCD明、暗场全参数测试,满足了宇航用CCD测试的高可靠需求。     

紫外成像光谱仪焦面CCD散热设计及验证

为保证空间紫外成像光谱仪焦面电荷耦合器件（CCD）在低温环境下的工作性能,需对焦面CCD进行散热设计。首先,根据焦面CCD的热耗、工作模式及温度要求,提出以高性能柔性石墨导热索为主要措施的散热设计方案,建立热仿真模型并进行热分析。然后,在真空环境下进行焦面CCD热平衡试验,结果显示：柔性导热索的CCD连接端与热管连接端温差仅为2.3℃,以此推算出导热索自身热阻为0.65℃/W,满足热阻小于1℃/W的指标要求,具有良好的导热性能;焦面CCD在长期工作模式下的温度为-21.4℃,满足低于-20℃的工作温度要求。仿真分析和试验结果基本一致,表明采用柔性石墨导热索结合热管的焦面CCD散热设计方案合理可行。     

基于热电制冷技术的某星载相机焦面组件热设计

热电制冷(Thermo-Electric Cooling,TEC)技术是利用帕尔帖效应的一种制冷方法,它不需要任何工质,无活动部件,结构简单,非常适宜于微型制冷领域或有特殊要求的场合.文章将TEC技术应用于某星载相机焦面组件的热设计,解决了探测器恒温控制问题.仿真分析结果表明,基于TEC技术的热设计方案在满足探测器恒温...     

微小卫星高分辨率相机CCD焦面组件热控制

为了保证微小卫星高分辨率遥感器相机的成像品质，需控制焦面组件的温度水平及温度稳定性，特别是焦面CCD光学探测器件的温度控制。首先提出以相变储能与超低刚度柔性导热索相结合的焦面组件精密热控方法，对相变储能装置与石墨柔性导热索的设计及参数选取进行详细介绍；然后，建立焦面组件的热仿真模型并进行温度计算；最后，在真空环境下进行了热试验。计算与试验结果表明，焦面CCD器件长期温度为15～18.5℃，工作温升速率为0.33℃/min，具有良好的温度水平与温度稳定性；热控补偿功率≤4.8 W，约为焦面组件发热功率的1/10，可节省卫星能源消耗，验证了焦面组件热控制方法的正确性。     

高热流CCD器件散热与精密控温技术

为保证空间相机 CCD 器件处于较小的温度波动范围,根据焦面组件的结构特点,通过仿真分析的方法,对空间相机大功率 CCD 器件的散热方法和精密温度控制策略作了初步研究。首先介绍了大功率CCD器件的热设计要求,分析了大功率CCD器件热控设计特点,提出了采用微型热管的技术途径解决小空间、高热流密度器件的热量收集与排散方案,采用了基于积分分离式PI控制的电加热主动控温策略。热分析结果表明,热控方案可以满足CCD器件的散热需求以及＆#177;0.2℃的高精度、高稳定度温度控制要求。     

热电制冷技术在航空航天领域的应用

在各种冷却技术中,热电制冷由于具有体积小、重量轻、作用速度快、可靠性高、寿命长、无噪声和无需维护等特点,近年来在国内外得到了广泛的重视。另外,热电制冷属于固态制冷,抗震性能优良,尺寸精确,特别适合替代超重状态下不能使用的常规制冷方式。目前,热电制冷器在航空航天领域已开始获得实际应用,并且发展迅速,有取代机械制冷的趋势。     

CCD共焦的误差分析

在CCD相机的研制工作中,需要将多个CCD安置于CCD相机的焦面位置处,并使各CCD像元之间相对于相机焦面的共焦偏差满足相机设计要求。为了达到这一目的,需要对多个CCD进行焦面测量。文章对各种误差因素在测量过程中的影响进行了分析。     

高分辨率遥感相机CCD器件精密热控制

针对某高分辨率空间遥感相机电荷耦合器件（Charge-Coupled Device,CCD）体积小、功耗大但温度稳定性要求高的特点,提出了通过相机发送指令控制补偿加热回路通、断电对CCD器件进行温度控制的方法,并利用IDEAS-TMG软件进行了仿真分析,分别给出了无补偿功率、补偿功率为10W、12.5W、15W与17.5W这5种情况下CCD器件的温度变化曲线。仿真分析结果表明：补偿功率为12.5W时CCD器件的温度波动最小,热设计结果满足各项温度指标。为了验证热设计的可靠性,焦面组件参加了整机的热平衡试验,得到了满意的结果。该设计方法对各类空间遥感相机高温度稳定性要求的CCD器件的热设计和热分析有一定的指导和借鉴作用。     

红外遥感器空间制冷技术的发展现状

红外遥感技术发展的关键技术之一是解决其红外器件的制冷问题。文中通过对空间用制冷技术的分析,探讨了辐射制冷器、斯特林制冷机、脉冲管制冷器在空间中的应用和发展方向。     

“高分四号”卫星凝视相机的技术特点

"高分四号"卫星凝视相机具有高时间分辨率、较高空间分辨率和较大成像幅宽的特点。它包含可见光近红外(VNIR)通道和中波红外(MWIR)通道,VNIR通道有5个谱段,MWIR通道有1个谱段,具备昼夜成像能力。相机光学系统为折反射系统,采用分色片实现VNIR与MWIR谱段分离,利用旋转滤光轮将入射VNIR辐射分成5个谱段。VNIR焦面组件采用全局电子快门CMOS面阵探测器;MWIR焦面采用HgCdTe面阵探测器,由脉冲管制冷机制冷到80K。MWIR谱段采用两个黑体进行星上定标。基于用户需求和地球静止轨道环境开展了相机与卫星平台一体化设计、光学系统力学和热学稳定性设计、微振动抑制设计、活动机构长寿命高可靠性设计。     

针栓式推力室冷却特性试验研究

针栓式发动机具有推力调节简单、声学燃烧稳定性好和成本低廉等一系列优点,但目前对针栓式推力室的冷却特性掌握还不够深入,研制过程中曾多次出现因推力室冷却组织不好而烧蚀的问题。采用针栓式推力室试验件,对身部的冷却特性进行了深入研究,结果表明:推力室圆柱段前端的温度较低,无需采用专门的冷却措施;末端内侧气壁温度会达到约1650℃,局部存在明显的烧蚀现象,必须采取有效的热防护措施;下游冷却液膜量的变化对圆柱段的冷却特性影响较小。     

氮气强制对流消除煤油温度分层及其液氮降温系统分析

为找到煤油贮罐降温后的温度分层原因，通过分析煤油贮罐不同深度的温度，结合管道布置走向，发现煤油降温流动过程中存在上部滞流区，导致煤油贮罐形成上部热煤油和下部冷煤油分层。采用鼓泡与泵回流两种方式进行对比试验，结果表明鼓泡能较好消除煤油贮罐在垂直方向上的温度不均，泵回流方式无明显效果。为准确预估降温后的煤油温度，采用不同调温方式进行多次试验，构建了煤油调温目标温度计算模型，作为煤油降温停止的判断准则。鼓泡方法和调温模型已成功应用于天舟一号发射任务，有效保障了煤油推进剂的温度品质。     

新一代地球同步轨道气象卫星结构热变形分析

根据用MSC.PATRAN软件建立的整星有限元模型,对某地球同步轨道(GEO)气象卫星的结构热变形进行了计算。分析建模中铝蜂窝夹芯板线膨胀系数和未考虑板厚时热载荷场的影响。给出了高/低温、铝合金/碳纤维蒙皮四种不同工况的整星最大变形和有效载荷安装板对地变形角,并由此得到了整星和有效载荷板Y向的热变形图。分析结果表明,结合相关型号热真空试验数据,该法可有效地准确获得整星的热变形,对工程设计具有一定的参考价值。     

重力条件对喷雾冷却换热特性影响的研究

喷雾冷却是一种高效的高热流密度散热方式,在空间热控领域具有重要的应用前景。本文基于液膜动力学、气泡动力学和传热学的基本原理,建立了描述微重力条件下喷雾冷却传热特性的理论模型。利用模型模拟的方法,对以水作为工质的微重力条件下喷雾冷却系统的被冷却表面温度分布、冷却曲线等因素进行了分析,分析结果显示:在单相区,重力条件对喷雾冷却的换热特性和表面温度分布不均匀性的影响较小;在两相区,由于微重力条件下气泡难以脱离等因素的影响,使得喷雾冷却的换热能力明显弱于常重力条件下的换热能力,并且被冷却表面的温度不均匀性增大。     

发汗式主动冷却金属热防护系统主动冷却效率研究

发汗式主动冷却金属热防护系统是一种新型概念,将发汗冷却方法应用于金属热防护系统中,用于提高金属热防护系统的热载荷承载能力,是解决临近空间高超声速飞行器防热问题的有效方法。设计并建立了发汗式主动冷却金属热防护系统的实验模型,分析了发汗式主动冷却金属热防护系统的基本冷却原理,测量了同一实验模型分别在有无发汗冷却作用下,沿厚度方向不同位置测量点的温度响应。结果表明：在相同的加热条件,采用发汗冷却方法,可以使受热蒙皮材料达到相同温度的时间明显滞后;在发汗冷却作用的过程中,内部隔热层的温度不会超过水的沸点温度;采用发汗冷却方法,可以使同一结构热载荷承载能力至少提高70%;通过合理的结构设计,可以减少受热蒙皮由于热膨胀而引起的结构变形。
     

变温环境下固体药柱的温度应力分析

为研究外界环境对固体火箭发动机性能的影响,基于推进剂药柱的热粘弹性模型,利用有限元方法对变温环境下的药柱温度应力进行了分析,研究了外界环境不同起始温度、不同升（降）温速率对药柱温度应力的影响,确定了某星型药柱内部的应力危险点。结果表明,外界环境升温导致发动机药柱内部应力下降,初期应力下降缓慢,后期应力下降较快;降温过程导致应力增加,初期增加缓慢,后期增加较快;起始温度、升（降）温速率对药柱危险点温度应力都有较大的影响,但后者的影响更为显著。不管外界环境是持续升温还是持续降温,都应该注意固体火箭发动机在贮存和使用中的“环境保护”。     

辐射器冷屏辐射热分析

文章主要对辐射器冷屏进行了传热设计。由于冷屏翅片的长度和厚度决定翅片的两端温差,因此对翅片结构尺寸进行了优化设计,并且通过有限元方法对热设计结果进行进一步校核分析。对比计算结果表明：两种设计计算结果基本吻合,能够满足设计要求。     

导热脂低温热导率的测试研究

导热脂的低温热导率是研究宇航用导热脂的重要参数,“瞬态热线法”是常用的测量方法之一,但受使用条件限制,实际应用中容易产生较大误差。本文提出采用改进的“瞬态热线法”即对标准流体与试样进行测量比对的方法,用于导热脂低温热导率的测量,减小了测试方法的系统误差,因而保证了测量的相对误差小于6％。在测量装置上,采用廉价的康铜丝取代了传统使用的铂丝,设计采用了容易进行拆洗的低温试验装置。文章讨论了影响导热脂低温热导率的因素。提出测量加热时间要在2 s～3 s之内以防止对流,分析了比对状态的误差影响,并给出了两种导热脂低温热导率与温度关系曲线。分析表明本文提出的试验方法可以满足宇航用导热脂研究的需求