太阳辐射参数对透射系统热设计的影响及仿真对策

文章针对透射式光学系统进行了热仿真分析,比较了不同太阳吸收率、透过率、反射率下各透镜的温度及太阳外热流情况。结果表明,太阳辐射参数的给定对高轨透射系统温度仿真计算结果的影响很大,需要准确给定;某些谱段的太阳能量被透镜选择性吸收和反射,下层透镜使用全谱段的太阳辐射参数来计算温度将不再准确。针对上述问题,文章提出了一种新的透镜等效太阳辐射参数的计算方法,该方法将太阳光谱能量分布近似为5 800 K黑体辐射能量分布,采用普朗克公式对经过透镜的各部分能量进行计算,进而等效出各太阳辐射参数,有效提高了仿真分析的准确性。最后以某空间相机透射系统为例进行了分析计算,对该方法进行了验证。     

自适应UKF在空间相机热平衡试验中的应用研究

光学遥感相机热平衡试验是研制遥感相机的必要手段,是准确获取相机热态特性的试验方法。根据试验条件的不同,试验往往需要数小时至数十小时不等的时间,才能使遥感相机达到稳态平衡温度。为缩短热平衡试验时间,提出了一种基于自适应无味卡尔曼滤波(AUKF)的热平衡试验温度快速预测方法,只需利用较短时间的温度采样数据,就能快速预测温度变化规律,获得稳态温度,大幅度提高了热平衡试验的效率。以某遥感相机热平衡试验中升温过程和降温过程的温度变化数据为例,预测了测温点从初始温度状态到达稳态温度状态这一过程的温度变化曲线,验证了基于自适应无味卡尔曼滤波的热平衡试验温度快速预测方法的有效性和可行性。     

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。     

一种微型槽道热管的性能分析与试验研究

槽道热管是航天器较为常用的一种热控产品,其中截面特征尺寸小于5mm的微型槽道热管主要用于空间光学遥感器CCD器件的散热,在设计、加工等环节均具有较高的技术难度。文章设计了一种5mm×4mm矩形截面、内部槽道为梯形的微型热管,对热管传热性能进行了理论计算和试验验证,最终确定了较为理想的槽道几何参数。研究结果表明：该种微型热管的极限传热能力为4．77W·m,极限负载下的轴向温度均匀性优于±0．5℃。     

航天遥感器用泵驱两相流体回路热真空试验研究

针对航天遥感器核心组件的高精度与高稳定度的控温需求,设计并搭建了一套泵驱两相流体回路(MPTL)试验装置,该装置使用了一套具有被动冷却能力的两相控温型储液器。为验证MPTL系统在高真空、极低温与变化外热流条件下的工作能力,在真空罐内对MPTL系统在不同工况点下的散热与控温能力进行了测试,并通过温度和压力等数据研究了主回路的运行特性、储液器内热力学变化特性及两者之间的传热传质过程。结果表明：MPTL系统的控温点可通过储液器进行快速调整,蒸发器温度的变化受外热流与热源开关影响较小;进入毛细管中的过冷液与储液器中的液相形成的温差保证了储液器冷量的供应;主回路发生相态转变时,储液器与主回路工质交换特性引起了系统压力降脉动。     

“高分四号”卫星相机在轨温度分析及热设计优化

随着空间相机分辨率日益提升，对光机主体等核心部组件的温度稳定性和均匀性要求也越来越高，地球静止轨道（GEO）空间外热流复杂且恶劣，实现相机高精度热设计挑战极大。针对"高分四号"卫星相机热设计的难点和特点，基于结构热控一体化的设计理念，采取了入光口热流屏蔽、间接辐射控温、散热面耦合等热控技术，实现了相机高精度控温；分析了相机入轨4年的温度数据及符合情况，验证了相机热设计的正确性，并根据在轨运行情况提出了热设计优化建议，为进一步提升地球静止轨道相机控温精度、降低热控资源提供支撑。      

两相控温型储液器进出流量的瞬态数值模拟

两相控温型储液器是泵驱两相流体回路（MPTL）系统中的一个重要部件,承担着工质存储、供给、气液分离及精密控温的作用。采用Navier-Stokes方程建立了MPTL系统瞬态模拟的仿真模型,可用于研究热源功率变化时储液器与主回路的动态传热和传质特性。通过仿真与试验对比发现,数值模型的流量误差在±10%以内,验证了模型的有效性和准确度。数值模拟结果表明:热源开关机时,储液器与主回路发生工质交换,气液两相的温度和压力受到影响,系统的流阻也受到影响;随着热源功率的增加,工质交换速率和交换总量随之增加,储液器内气液两相的温度和压力变化趋势随之增大。该模型可用于研究不同工作条件下的流量、温度和干度的变化特性,指导MPTL设计,并在系统搭建前预测系统特性。      

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。     

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。     

某航空相机载荷舱热分析与热设计

航空相机的热控设计需要解决流动与传热的耦合问题。文章提出某航空相机载荷舱在复杂飞行环境中上升、巡航、下降全过程的热分析及热设计方法：确定载荷舱热分析数据流,采用专业热分析软件、流体计算软件计算辐射外热流、气动外热流,以及等效对流换热系数沿壁面分布情况及与马赫数的变化关系。将热环境赋予载荷舱热分析模型,通过热分析软件与自开发程序迭代对载荷舱两个极端工况进行了仿真分析。结果表明,据此设计的光学窗口内表面温度高于露点温度10℃以上,得到的载荷舱热分析结果满足热控指标要求,热设计方案合理可行。