“高分四号”卫星相机热控系统设计及验证

"高分四号"卫星搭载的相机具有较高的分辨率和指向精度,需相机光学系统及主承力结构在全寿命周期内保持高温度稳定性,且该相机工作于地球静止轨道,所处空间热环境更为复杂,给热控设计带来极大挑战。文章结合相机在轨成像需求和空间热流特点,详细分析了相机热控设计的重点与难点,并创新性的采用了遮光罩开设散热面、间接辐射控温、南北耦合散热面等热控措施,实现了高轨相机的高精度温度控制。热平衡试验与在轨飞行温度数据表明,相机的热控设计合理可行,能够满足相机在轨成像的温度要求,为未来高轨大口径光学相机高精度、高稳定性热控设计奠定了良好的基础。     

补偿卫星轨道运动和热变形对成像的影响

研究了星地一体化补偿卫星轨道运动和结构热变形对载荷成像的影响。首先,根据图像配准的目标,定义了扫描角、步进角和固定网格。然后,根据卫星轨道运动和结构热变形对扫描镜成像影响的特点,设计了运动补偿方案和模型。最后,基于所设计的补偿模型进行了数学仿真,仿真结果表明,星地一体化补偿卫星轨道运动和结构热变形对扫描镜成像的方案可行,能够提高有效载荷的成像质量,满足图像配准指标要求。     

卫星热设计中β角在不同轨道下的变化规律分析

阳光矢量与卫星轨道平面之间夹角是卫星热控设计中至关重要的一个设计参数,其不仅与到达卫星表面的阳光热流密度密切相关,也与到达卫星表面的地球反射热流密度密切相关。文章根据β角的变化规律将传统意义上的轨道分为了同步轨道和非同步轨道两种,并结合升黄赤经夹角的变化规律分析了不同轨道下β角的变化规律,以及相应的热设计特点。     

地球静止轨道凝视型相机热分析与热设计

空间光学遥感器在轨运行过程中要承受太阳辐射和空间冷热沉、黑热沉等恶劣温度环境的影响。为确保相机在轨正常运行并拥有较高的成像品质,需要对相机进行精确的热控设计。根据地球静止轨道太阳辐射外热流特点,详细分析了静止轨道凝视相机热设计的重点和难点,并针对热设计中可能遇到的问题提出相应解决方案。     

掺铈玻璃型二次表面镜热控性能稳定性研究

对卫星用掺铈玻璃型二次表面镜(SSM)的热控性能在空间辐照环境中的长期稳定性进行了研究。给出了经紫外、电子和质子模拟辐照试验后，导电和非导电掺传玻璃型二次表面镜热控性能的数据，并对其衰退机理进行了分析。结果表明，掺铈玻璃型二次表面镜的热控性能在地球同步轨道空间辐照环境中的长期稳定性可以满足卫星设计要求。     

静止轨道高分辨率光学成像卫星发展概况

近年来,随着光学载荷成像技术和卫星姿态控制技术的发展,出现了在地球静止轨道实现几百至几米分辨率光学成像卫星的相关研究,此类卫星运行在地球静止轨道上,可长期驻留于固定区域上空,具有实时任务规划与响应能力,在灵活的任务编排、实时动态监测、多任务适应的工作模式等方面具有低轨卫星不可比拟的优势,能够实现"同时具有高空间分辨率和高时间分辨率"的天基光学遥感能力。文章调研了世界各国静止轨道高分辨率光学成像卫星的发展现状,进一步分析了适合静止轨道成像的新型成像技术及静止轨道高分辨率光学成像卫星载荷与平台一体化设计技术的发展趋势,并在此基础提出了中国发展静止轨道高分辨率光学成像卫星的启示和建议。     

GEO光学遥感卫星阳光入侵规避方法

地球静止轨道(GEO)光学遥感卫星的相机每天午夜时分存在阳光入侵问题,致使相机焦面存在潜在损伤,严重时将影响卫星的使用寿命。文章调研了国内外GEO光学遥感卫星针对此问题的解决方式,在综合考虑相机、电能、机动、热控、测控等各项影响因素之后,提出了一种应用约束规避算法的阳光入侵规避方法,首先将卫星设计的工程约束条件转换为空间几何约束条件,通过将明确约束参数后的算法引入卫星姿态控制器来调整卫星姿态指向,避免阳光入侵相机内部。典型工况的仿真分析结果表明:在规避过程中,相机光轴矢量与阳光入射矢量夹角满足约束条件,此方法有效,可满足卫星在轨应用。     

用于图像定位与配准的扫描辐射计扫描镜热变形模型研究

以某卫星扫描成像辐射计为研究对象,建立了扫描镜的热变形模型,并对模型进行了简化。模型应用结果表明,扫描镜镜面与扫描镜转轴需采用热特性接近的材料,通过增强仪器结构在Y向的刚度,能提高热变形模型的精度。用该模型获得的扫描镜热变形运动补偿(TMC)精度可满足卫星的使用要求。     

倾斜轨道星敏感器热控设计及在轨分析

倾斜轨道卫星星敏感器空间外热流复杂多变,同时兼具内功率集中、热容小等特点,这为星敏感器的热设计带来了很大的困难。文章以某临界倾角轨道卫星星敏感器热设计为背景,在详细外热流分析的基础上,提出了一种倾斜轨道星敏感器热设计方案,利用热分析软件Thermal Desktop对此热控系统进行了具体的热分析。星敏感器在轨遥测温度在-19.8^-5.1℃之间,满足温度指标要求,表明星敏感器热设计合理、有效,可为今后倾斜轨道星敏感器热设计提供设计依据。在此基础上,文章利用在轨遥测数据对星敏感器热分析模型进行修正,得出入轨初期星表主要热控涂层退化约为50%的结果,这对于分析近地轨道卫星在轨温度具有一定的参考意义。     

地球静止轨道高分辨率成像卫星的发展现状与展望

文章首先简要介绍了"高分四号"卫星的主要性能指标和在轨运行情况,然后梳理了美国、欧洲等国家地球静止轨道高分辨率成像技术的发展现状。文章重点从卫星的轨道特性、多任务适应的工作模式、灵活的任务编排、实时动态监测、在轨长寿命几个方面总结提炼出"高分四号"卫星创新点;从谱段特性、成像体制、多功能一体化设计、高精度热控设计、高稳定性的结构一体化设计等多个方面分析了成像载荷的特点。最后,分析了地球静止轨道高分辨率成像卫星的发展趋势,展望了未来空间基础设施规划中计划实施项目的应用特点和应用领域。     

FY-2C星热设计的优化及其在轨性能

为改善风云二号(FY-2)C气象卫星有效载荷扫描辐射计及其他星上仪器的热环境温度,采用前太阳屏增加散热面、二次分离环提高散热能力,以及重组与补充热控电加热器方案对其热控分系统进行了优化,并用仿真分析和局部试验替代了热平衡试验验证.C星飞行结果表明,优化后的热控分系统具有良好的调控和适应能力,工作稳定,性能指标全部满足要求.说明C星的热设计优化正确有效,为扫描辐射计光机提供了优良的热环境温度.     

FY-2C星云图成像技术

介绍了风云二号(FY-2)气象卫星星上成像系统的主要功能和技术指标、云图的生成与传输,以及数传与转发技术.阐述了以太阳为基准采用星上预同步、地面同步/数据缓冲器(S/DB)进行精同步的同步成像技术的卫星成像系统设计原理.分析了卫星姿态动力学对自旋轴定向稳定的影响、扫描辐射计扫描机构步进对自旋周期稳定度的影响、卫星摇摆运动造成的云图几何畸变等产生成像误差的因素,以及采取的补偿修正方案.飞行试验结果表明,C星的云图网格配准精度优于1个可见像素,章动角和摇摆角也符合设计要求.     

重力梯度仪mK级温度稳定度控制设计及验证

针对某卫星有效载荷之重力梯度仪提出的温度稳定度优于±10 mK/200 s的超高指标要求,提出了构建部件级阻容滤波网络、进行系统级隔热强化设计、高精度多级主动测控温设计以及电缆漏热控制的热控方案。热仿真分析和热平衡试验结果表明,梯度仪组件的温度稳定度优于±8 mK/200 s,满足设计指标要求,验证了该热控设计方法的可行性及有效性,可为其他有高精度高稳定度控温需求的航天器部件热控设计提供参考。     

微波辐射计静止轨道遥感试验技术

在地球静止轨道上对大气进行微波遥感探测尚无先例。为验证静止轨道微波探测仪器关键技术,研究高轨微波辐射传输特性并积累遥感数据,研制了微波探测试验载荷,搭载于风云四号A星进行在轨试验。微波探测载荷采用真实孔径圆周扫描体系,配置双频段(183,425 GHz)五通道。载荷在轨试验中,各项指标正常,183GHz频段灵敏度优于0.5K,425GHz灵敏度优于1.9K,性能稳定并超过3个月考核寿命。对微波探测载荷183GHz与极轨载荷先进技术微波辐射计(advanced technology microwave sounder,ATMS)进行亮温交叉比对的结果显示,两者亮温相近,变化趋势一致,验证了探测数据的有效性。载荷还在静止轨道获取了极轨无法探知的3K/h量级亮温变化,并在风云四号A星姿态调整期间完成了静止轨道微波遥感成像。验证了在静止轨道上进行真实孔径体制微波遥感探测的有效性。     

一种微波功率放大器的热设计与验证方法

大功率、高热流密度微波功率放大器是环境监测有效载荷中的关键设备,对整星的热设计影响很大.功率放大器的热设计的目的是满足温度需要,从而确保功率放大器的安全可靠工作.文章在完成热设计的基础上,确定热控设计方案,对功率放大器进行了热试验.试验结果表明,热设计可以满足要求.     

高轨目标监视系统星座设计和探测效能分析

针对高轨目标编目与成像的应用需求,提出一种运行于亚同步轨道、兼具对同步带目标远距离探测编目和近距离成像侦察的高轨天基星座。根据同步带目标探测编目要求,推导和分析了星座的轨道部署和光学相机扫描方式对目标探测效能的影响,确定了顺行轨道的双星星座可行解更多,综合探测效能更高。设计了一种符合顺光观测约束的姿态导引律,结合可行解中选取一组解进行仿真,结果表明：在夏至和秋分两种工况下,采用顺行轨道的双星星座,可对轨道倾角不大于相机半视场的所有同步带目标进行无缝遍历,且每天的探测次数不小于4次,观测弧长不小于1分钟,与理论推导一致。     

星载辐射计动平衡概述及在轨动平衡技术研究

作为卫星在轨对地探测的有效载荷,星载辐射计在轨扫描转动时的动平衡特性直接影响卫星在轨探测精度和姿态稳定度。文章介绍星载辐射计动平衡技术研究现状和发展趋势,并基于现有地面动平衡技术的局限和型号发展需求提出在轨动平衡技术的初步设想,阐述了在轨动平衡配平技术、测量技术和实时调整反馈控制技术,可为今后类似旋转式星载辐射计的动平衡设计和动平衡控制方法提供参考依据。     

太极二号卫星精密热控关键技术及试验验证

针对引力波探测太极二号卫星提出的高稳定度温控需求，开展了高分辨率测温系统和高稳定度热控技术的研究，提出了多级阻尼的热控设计方法，建立了多级阻尼状态空间数学模型，揭示了系统中热量传递特性。该方法在太极二号核心载荷上进行了地面试验验证，试验结果表明核心舱关键仪器的温度满足指标要求。试验结果的噪声分析，不仅验证了精密热控关键技术，而且提出了关于热噪声分析与抑制的新方法，为后续航天器精密热控技术提供了理论分析方法和工程参考依据。     

第二代490N发动机热控设计

为解决“东方红四号”卫星平台因第二代490 N发动机点火而导致其周边重要结构件温度偏高的问题,重新对发动机周边结构件的热控进行了设计,包括采取隔热垫、高温隔热屏、热防护筒及控制对接框表面状态参数等热控措施,同时利用TMG热分析软件对改进的热设计进行了分析验证。分析结果表明:对接框在发动机点火期间的最高温度为57.5℃,小于温度指标上限值（70℃）,且余量充足;发动机支架的热变形情况也满足指标要求,验证了改进热控设计的正确性。