高分六号卫星甚宽视场相机的热控设计及验证

甚宽视场相机作为高分六号卫星的核心载荷,具备65.6°视场、862 km超大幅宽和8谱段成像能力。针对其自由曲面离轴四反光学系统的结构特点和任务需求,采用复合型多层隔热组件进行热隔离、高导热率石墨膜进行热疏导及分级热控等措施进行了热控设计,实现了光机结构的精密控温和高热耗/热流密度电子学设备的高效散热,并利用有限元分析软件UG12.0/Space thermal仿真分析了相机高、低温工况下的温度;通过对比热分析、热试验及卫星在轨遥测温度数据,验证了该热控方案的实际效果。在轨遥测数据显示:光机结构在轨温度水平为19.7~20.3℃,温度梯度最大不超过0.4℃,CMOS焦面组件每轨摄像12 min的情况下,温度波动在19~24℃,均满足热控指标要求,遥测数据与热分析及热试验结果偏差小于±0.5℃。表明该相机热设计正确可行,热分析及热试验过程合理可靠。

离轴式空间光学遥感器的热设计与仿真

针对某离轴式空间光学遥感器光学系统和支撑结构的几何尺寸大、通光孔面积大、易产生较大的轴向和径向温度梯度特点,采用热隔离、热疏导及多分区温度补偿等手段对其进行了热控设计。通过建立遥感器结构的热分析有限元模型,利用I-DEAS/TMG软件进行了轨道外热流、高低温稳态工况及瞬态工况仿真分析。分析结果表明,热设计方案合理可行,满足设计要求,研究方法及结果对离轴式空间光学遥感器的热分析和热设计有一定的指导和借鉴作用。

空间光学遥感器主镜加工过程中疲劳寿命研究

针对空间光学遥感器主镜镜面加工过程中,磨盘与主镜间磨削动作往复运行引起的主镜柔性支撑结构疲劳寿命问题,通过建立主镜组件的有限元模型,利用MSC.Fatigue软件按应力-寿命(S-N)法对主镜组件进行了疲劳寿命分析,确定了支撑结构的薄弱部位,并对仿真过程进行了误差分析,讨论了影响仿真结果的各个因素.对比热真空试验和动力学试验前后主镜镜面面型数据,验证了支撑结构加工、设计参量的合理性.通过疲劳寿命仿真分析,可以有效预示光学结构在加工过程中的疲劳情况,为空间光学遥感器结构的设计、加工提供理论依据和参考.

空间光学遥感器反射镜离子束加工过程的热效应

针对空间光学遥感器反射镜离子束加工过程中,离子束瞬态大热流密度造成加工过程镜体温度急剧上升引起的热应力问题,利用UG8.5软件flow thermal高级仿真模块对反射镜组件的温度场进行瞬态仿真,预示加工过程的温度场,将温度场映射至结构有限元模型,利用NX NASTRAN计算出反射镜组件的热应力分布。根据反射镜组件的加工环境和结构特点,采取导热措施将加工过程热量疏导至大热容工装板。结果表明,采取热控措施后反射镜组件加工过程最高温度降低15%,对应的最大热应力降低27%,有效降低了反射镜组件的热应力;通过ZYGO干涉仪检测加工完成后的反射镜面型,面型精度优于λ/50,为空间光学反射镜离子束加工提供了有效的保障。

空间光学遥感器热试验外热流模拟及程控实现

以某太阳同步轨道空间光学遥感器为例,阐述了空间外热流分析计算、热平衡试验外热流模拟以及外热流程控加载的全过程。首先,总结了空间光学遥感器外热流模拟的完整流程。其次,简要介绍了太阳辐射、地球反照、地球红外辐射三种空间外热流的计算方法。然后,对该空间遥感器进行了空间综合吸收外热流计算,获得了阳照区及阴影区外热流平均值。最后,确定了热平衡试验外热流的模拟方法和策略,利用Lab VIEW语言编写了程控电源开环控制程序,实现了热试验外热流的准确加载。试验结果表明,外热流值加载偏差在±2.5%以内,满足热平衡试验要求。

低轨道轻质星载一体化空间光学遥感器的热设计

根据空间光学遥感器的轨道特点和任务需求,通过仿真分析对其进行了热设计。考虑近地空间环境的特殊性,选择防原子氧布作为多层隔热材料的面膜。为减小遥感器框架上安装的星上设备对遥感器温度的影响,设计了大热阻安装结构并使用了聚酰亚胺隔热垫。根据离轴三反光学遥感器及星载一体化卫星的结构特点,划分了主动加热区域,分配了加热功耗。由于遥感器对地观测频率低、工作功耗小、工作时间短,CCD焦面组件不设置散热面。根据遥感器的轨道参数和姿态,确定了3个典型工况并对其进行了仿真分析和热平衡试验。结果显示,遥感器本体温度为(18±4)℃、光学元件温度为(18±2)℃、CCD温度≤30℃,得到的仿真分析结果和试验数据验证了遥感器热设计的有效性。

运行参数对SPT器壁腐蚀影响的光谱诊断

影响稳态等离子发动机(简称"SPT")器壁腐蚀的因素很多:鞘层电势、器壁形貌、离子轰击的能量分布等,利用数值模拟的方法研究腐蚀情况比较困难,计算结果和实验结果相差较大。本文基于发射光谱法,利用Avaspace光栅光谱仪对SPT通道器壁特征元素的谱线进行分析。通过测量不同质量流量和放电电压下的陶瓷器壁特征元素谱线强度随时间的变化,结合理论分析得出不同运行参数下发动机器壁腐蚀速率变化的规律。

NTC热敏电阻的标定及阻温特性研究

NTC热敏电阻的阻值随温度升高而降低,阻值与温度呈非线性变化关系,在实际应用中通常需要进行逐只标定以确定阻温特性。本文以航天热试验用MF501型热敏电阻器为例,介绍了一种简易有效的标定及数据处理方法,通过拟合残差、平均误差、传递误差对标定方法进行评估。结果表明,在使用温度范围内,该方法只需标定3个点,就可以使标定误差控制在0.45℃以内,完全满足使用精度要求。随着适当增加标定点,标定精度还可以进一步提高。

基于热光学技术的空间光学系统热设计

为了验证空间光学系统热设计的合理性,利用光-机-热集成的热光学分析技术论证了空间光学系统的热设计方案。首先,阐述了热光学技术的一般方法以及热光学技术与热设计的关系,同时根据空间光学遥感器所处的空间环境和结构特点,应用被动和主动热控技术对空间光学系统进行了热设计。然后,利用有限元方法对热控后的温度场和热弹性变形进行了分析,得出该温度载荷条件下光学元件表面的变形量及刚体位移量,利用Zernike多项式进行了波面拟合。最后,用CodeV光学设计软件计算了热载荷作用下光学系统的传递函数。结果表明,各种工况下全视场范围内光学系统分辨率为50 lp时,传递函数均超过0.5,成像良好,能够满足光学设计指标,热设计方案合理可行。

空间相机常用金属材料表面的BRDF特性

为保证空间相机热设计中表面辐射换热计算准确可靠,基于两种金属材料的光学常数,结合Monte Carlo射线跟踪法应用几何光学近似对其粗糙表面的双向反射分布函数(BRDF)进行了研究。分析了不同入射光波长、不同入射角度及不同表面粗糙度对金属铝和钛材料粗糙表面的BRDF的影响。结果表明,金属铝和钛材料粗糙表面的BRDF分布具有明显的镜反射特征,入射平面内的BRDF峰值随入射光波长增加而增大,在本文研究的波长范围内,钛表面的BRDF随入射光波长增大的增幅最高达到41.0%,远高于铝表面的8.7%。当表面粗糙度较大时,光子在粗糙表面内会经历多次散射,粗糙表面内多次散射光子数比例随着表面粗糙度的增大而增加,并且随着入射角度的增大具有增加的趋势。

乳状液膜法去除水溶液中的Cr(Ⅵ)

选用复合表面活性剂(Span80+油酸)-煤油-NaOH液膜体系对含铬水溶液的处理进行了研究,讨论了不同操作条件对铬去除率的影响。通过正交试验确定了影响铬去除率因素的主次顺序以及提取铬的最佳实验条件。实验结果表明:含铬水溶液经处理后,铬的去除率可达95％,使水溶液中铬的浓度大大降低。