某光学遥感器热试验的定温边界模拟技术

光学遥感器热试验是用以验证光学遥感器热设计的正确性,考核热设计对飞行热环境的适应能力,并验证光学遥感器仪器设备的工作状态及各分系统之间的匹配性。温度边界模拟的准确性将直接影响试验的有效性。文章介绍了光学遥感器热试验定温边界模拟技术及设计过程中需重点关注的技术问题,提出了提高光学遥感器机械安装结构处温度边界模拟均匀性的设计方法。     

基于热平衡试验的某空间相机热光学集成分析

为研究某空间相机温度场变化对光学系统性能的影响,利用该空间相机热平衡试验温度测试结果,开展了相机光机主体的热光学集成分析,并依次完成了相机温度场反演、热变形分析、光学系统性能分析,以及热光学分析结果同试验测试结果的对比。结果表明：温度是影响该相机光学系统性能的主要因素之一;将光机主体温度控制在设计值能够最大程度上减小热变形对于相机光学系统性能的影响;而当光机主体温度发生变化时,热变形会使得相机焦面偏离初始焦面位置,因此需要对相机进行合理的温控设计并配合焦面调焦来满足在轨成像的需要。     

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。     

一种大幅宽空间光学遥感器调焦控制系统设计

传统调焦控制系统的驱动力和体积大小,已无法满足大幅宽空间光学遥感器大焦面调焦的需求,为此,文章提出了一种双路直线驱动调焦控制系统设计。调焦控制系统通过焦面位置遥测单元的精确测量和焦面调焦控制单元的自主决策原则,运用分步调焦、实时监控、实时调整的闭环反馈控制方法,实现高精度、高可靠性的大焦面调焦控制。该系统设计具有调焦驱动力大、调焦精度高、调焦机构设计简单和调焦可靠性高等特点。调焦性能测试和外景成像试验,验证了系统设计的可行性。该设计可用于大幅宽空间光学遥感器的调焦控制,从而保证光学遥感器调制传递函数(MTF)及成像质量。     

空间相机电子设备热设计

电子设备是空间相机重要发热源,需要通过合理的热设计将热量及时导走,维持电子元器件温度不致过高。根据空间相机各电子设备所处空间环境、结构特点及内部电子元器件热特性,提出了相应的多种不同的热设计方法,采用热仿真分析、热平衡试验两种方法对设计进行了验证,对比了两种方法所获取的温度数据。结果表明两种方法所获取元器件结温均满足温度降额指标要求,且相差不大,充分验证了热设计方案的有效性和仿真分析的准确性。     

地球静止轨道遥感器空间热流模拟方法研究

空间遥感器需开展地面热试验以验证热控设计的正确性,而空间热流的准确模拟是地面热试验验证的关键因素。地球静止轨道遥感器空间热流复杂,空间热流的准确模拟更为重要。文章提出了一种地球静止轨道遥感器空间热流模拟方法,解决了高轨光学系统受照的热流模拟问题,大大提高了静止轨道遥感器地面试验的准确性。文章以"风云四号"卫星闪电成像仪为例,详细介绍了热流模拟方法,并进行了地面试验和在轨验证。地面试验和在轨飞行温度数据表明该模拟方法正确,模拟数据可靠。文章介绍的热流模拟方法也为后续高轨遥感器及太阳观测遥感器空间热流的模拟提供了参考。     

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。     

光学遥感器光电信号处理系统的空间辐射效应研究

文章针对光学遥感器光电信号处理系统,描述了空间辐射效应研究的方法和途径。首先介绍了光学遥感器常用运行轨道的空间辐射环境,然后选择光学遥感器的光电信号处理系统作为分析模型,介绍了光电信号处理系统的电路组成和主要元器件,从器件级、电路级到系统级对空间辐射效应的危害性进行分析,并且结合元器件的抗辐射性能现状,归纳了辐射效应的薄弱环节及主要元器件需要进行的辐照试验。最后对空间辐射效应研究的方法和步骤进行了总结。     

亚微米像元器件在空间应用中的光学系统设计

图像传感器是空间光学探测系统的核心部件,探测器像元尺寸越小意味着所能分辨的空间频率越高。小像元器件已经不断被应用于空间遥感领域,以捕捉更多信息,分辨更多细节。在相同分辨率要求下,小像元器件有助于降低系统体积和质量。研究分析了亚微米像元器件的特性以及与之匹配的光学系统设计难点。依据亚微米像元器件地面验证相机的指标要求,进行了初始结构的对比研究,设计出一套含折转镜的施密特光学系统,克服了传统施密特光学系统后焦面置于光路中引入较大遮拦的缺点,实现了基于亚微米像元器件的小F数大口径光学系统设计。该光学系统工作于可见光谱段,口径达300mm,F数为1.67,视场角为2.2°×2.2°,结构紧凑,体积小,像质接近衍射极限。公差分析后,全视场全谱段下调制传递函数在奈奎斯特频率357线对/mm处优于0.3。     

航天分散热源控温用环路热管设计及飞行应用

为满足国家高分专项遥感卫星焦面电路的力热稳定性要求,提出并设计了一种用于分散式热源精密控温的改进型环路热管(LHP),既实现了狭小空间内对多片焦面CCD器件的统一恒温控制,又兼顾了焦面结构与卫星舱板间的力学解耦功能。地面测试结果表明:该LHP的热负载携带能力及对分散式热源的精确控温效果良好。2015年9月份,将该控温用LHP成功应用于GF-9卫星遥感器CCD器件的飞行控温,截止目前已在轨运行超60个月,受控的4片CCD器件温度稳定性达±0.7℃/年,证明了该控温用LHP设计方法的正确性及工程可实现性,同时实现了我国自研控温用LHP在航天微重力环境下的首次长寿命应用。本文LHP的设计方法和在轨飞行数据,对后续LHP在航天热控领域的应用具有一定的参考价值。     

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。     

航天光学遥感探测器滤光片环境考核方法

滤光片是航天光学遥感探测器的关键部件,其环境稳定性直接影响到探测器的光谱响应特性。文章以现有的航天器、电子元器件、光学膜层等环境考核标准为基础,参考欧空局、DALSA(加拿大数字影像器件公司)等的考核条件,并结合在遥感相机研发生产过程中与滤光片相关的环境考核项目,首次提出了一套针对航天光学遥感探测器滤光片的环境考核方法,给出了考核项目、考核流程、参考试验条件、测试项目、测试方法。考核项目包括高低温循环、热真空、热存储、湿度、辐照考核;测试项目包括光谱特性测试、膜层牢固度测试。该方法已在遥感型号产品上实施并得到在轨和地面试验验证,可作为滤光片环境考核的参考。     

ZM-4300光学遥感器空间环境模拟试验设备研制

ZM-4300光学遥感器空间环境模拟试验设备针对航天光学遥感仪器空间环境模拟试验而设计制造,可进行航天光学遥感仪器的热光学、热真空、热平衡及热循环等空间环模试验。设备包括8个主要分系统;具有液氮和机械制冷两个制冷流程;真空容器24 h累积污染量不大于1.36 g/cm2。     

光学遥感器进光口模拟外热流的均匀性分析

光学遥感卫星在轨运行过程中,受到空间外热流影响很大,尤其是遮光罩进光口的外热流将对遥感器性能产生直接影响。合理的热控设计是遥感器设计中至关重要的工作。光学遥感器的空间热环境模拟试验是验证相机热控方案的最重要途径,需要做到对空间外热流的准确模拟。其中对遮光罩进光口外热流的模拟是试验的一项重要技术指标。考虑到对相机成像的影响以及外热流模拟的准确性,目前试验都采用筒状红外加热笼。红外笼对其遮光罩进光口投入热流的大小和均匀性直接决定了试验的真实性和可靠性。筒式红外笼分为圆柱形和锥形两种,所模拟外热流的均匀性跟其结构密切相关。文章运用ANSYS软件进行仿真计算,深入分析了筒式红外笼的结构对遮光罩进光口外热流均匀性的影响,并总结出了红外笼结构与模拟外热流均匀性之间的关系。为相关试验的红外笼设计以及外热流模拟,提供了参考。     

星载CCD相机真空热试验方法讨论

我国相关标准对于具有主动热控的星载CCD相机单机热真空试验方法一直没有明确定义,相机在试验中的温度设置值如何确定是其关键问题。文章认为此值应与相机的热设计温度范围相同;如果不以温度作为验证热设计的唯一条件,那么相机的热设计也可以同相机结构、光学设计一起,在真空热环境条件下,对相机进行光学性能检测验证。可以通过相机的热真空试验,一方面验证相机的温度适应性;另一方面,设置相应的真空热试验工况,通过光学性能检测来验证热设计。从而减少相机的热平衡试验项目,简化了研制流程。在实施过程中,为了解决相机的光学窗口热流模拟的困难,可在相机光学窗口正对、具有一定距离的位置设置反射镜,并在其背部和周边设置加热回路。文章最后结合某CCD相机的应用实例对相机的真空热试验方法进行了讨论。     

光学遥感器微晶玻璃镜头组件空间低温模拟试验技术

文章介绍了光学遥感器微晶玻璃镜头组件在空间环境下的低温模拟试验技术与试验方法。分别从试验设备的开发、试验技术指标的实现进行了分析和阐述;对关键参数进行了详细的计算;重点解决了低温实现过程中的低温传导、低温辐射下试件温度水平的控制问题,为空间低温热试验提供了具有参考价值的新型手段。     

基于电子倍增CCD的微光成像遥感器焦面电路设计

文章介绍了一种以EMCCD为探测器件的星载遥感器焦面电路实现方案。利用FPGA基于VHDL语言设计了驱动时序发生模块,运用直接数字频率合成技术、LVDS总线传输技术和大幅值信号放大技术构建了EMCCD硬件驱动电路。为满足卫星在线配置的需求,电路设置了遥控遥测接口模块。在EMCCD读出模块和焦面电源模块设计中提出了一定的降噪方法。最后,对EMCCD焦面电路样机进行测试,证实了该设计的有效性和可行性。     

空间天文望远镜主动制冷焦面结构设计、分析与热实验

对某天文卫星的可见光望远镜载荷CCD焦面工作温度需求进行了分析计算。为满足CCD焦面 -65℃ 的工作温度需求,设计了主动制冷焦面结构。采用有限元方法分析了工作温度下热电制冷器和导热胶产生的热应力,结果表明热电制冷器最大应力为14Mpa,导热胶最大剪切应力为1.2Mpa,均处于许用安全应力内。研制的焦面组件模拟件顺利通过了真空热试验,验证了焦面组件的制冷性能与安全性。     

遥感器真空成像三维光学检测装置的设计与应用

在以往的遥感器真空成像试验中, 光学检测装置每次装配完毕只能完成单一状态下的光学测试, 且建立成像试验所需工况的周期较长。文章设计研制了一种三维光学检测装置, 使用该装置可实现中小口径相机在空间环境模拟装置内的光电综合性能检测。试验人员可在空间环境模拟容器外对该装置进行平移、旋转和俯仰的精确调整, 完成对单台或多台相机全视场的精确测试。试验验证了该装置方案设计的可行性。     

航天器热防护材料不同边界条件下的隔热性能试验研究

通过试验检测热防护材料或结构的隔热能力是航天器与高超声速飞行器安全可靠性设计中不可缺少的重要环节。为获知隔热性能试验中3种不同边界条件下(试验件竖直放置,水平放置散热面向下,水平放置散热面向上)平板试验件散热面温度的差异,建立3种热试验装置,对轻质隔热材料进行不同温度条件下的隔热性能试验测试(散热面敞开)。试验结果表明:试验件水平放置散热面向下时的散热面温度最高;水平放置散热面向上时的散热面温度最低。当热面温度为1000℃时,1800 s后,水平放置散热面向下比水平放置散热面向上时的散热面温度高19.7%;试验件竖直放置比水平放置散热面向下时的散热面温度低2.3%。数值模拟结果与试验结果一致性良好,验证了试验结果的可信性和正确性。研究结果可为航天器与高速飞行器热防护系统设计及试验方案的确定提供重要参考依据。