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。

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。

空间光学遥感器大功率控制电箱的热设计

根据空间应用电子设备的热控要求,对空间光学遥感器的控制电箱进行了热控设计。首先,总结了空间电子设备的热设计原则。针对空间光学遥感器控制电箱介绍了相应的热设计流程,对典型的大功率器件进行了温差推算,并说明了电箱的各电路板和大功率元器件的热设计方案。最后,通过热分析和热试验手段对热控电箱的热控方案进行了验证。试验结果表明:控制电箱的整机稳态工况热平衡温度小于30℃,各元器件的最高壳温在54.2℃以内。结果验证了该设计方案完全满足设计指标要求。

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。

一种空间可展开的伸缩机构研究

提出了一种基于薄壁开口管的一维空间伸缩机构。介绍了薄壁开口管收拢展开原理,分析了薄壁开口管的截面特性,基于经典层合板理论,推导其双稳态特性的稳定条件,给出了稳态构型点。通过有限元分析,求解出不同直径、张角的开口管的屈曲刚度。提出了摩擦驱动的薄壁开口管展开形式,采用弧面驱动辊子实现与薄壁开口管过渡段的壁面紧密贴合。设计制造了薄壁开口管伸缩机构样机,并开展了试验验证。试验结果表明,该伸展臂可以实现轴向50 N负载下的稳定运动,采用三套伸展臂组件周向均匀布置,同步驱动,实现了可展开遮光罩重力卸载下的展开试验。

太阳同步轨道星敏感器热设计典型工况确定

以某太阳同步轨道卫星星敏感器为例,阐述了热环境分析、外热流计算、典型工况条件确定以及热试验模拟的全过程。首先,分析了星敏感器所处的内、外部热环境,确定了其温度水平的主要影响因素。其次,进行了星敏感器通光孔到达外热流的计算,确定了典型工况的工况条件。然后,制定了星敏感器热平衡试验外热流的模拟方案,利用闭环程控系统进行外热流加载。最后,依据星敏感器自身特点,提出了热试验外热流的加载策略。典型工况条件的确定合理可行。

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。

空间光学遥感器控制器机电热一体化设计

根据空间电子设备机电热一体化设计思想,设计了高分辨率空间光学遥感器的控制器,以验证一体化设计的优势和效果。概括了空间电子设备的一体化设计流程。针对空间光学遥感器控制器的研制提出了相应的一体化设计原则。说明了控制器的各电路板和大功率元器件的设计方案。通过热、力学仿真分析和试验手段对设计方案进行了验证。结果表明:控制器元器件的最高壳温在51℃以内,整机的前三阶模态均高于100Hz。设计方案完全满足热控、刚度等设计指标要求。

基于小波分析的快照式高光谱海面溢油厚度分析

针对海面溢油厚度的探测需求,通过模拟海面环境,采用快照式高光谱相机对不同厚度油膜的反射光谱进行探测;首先根据快照式高光谱相机获得的高光谱图像,计算得到了不同厚度油膜的反射光谱;然后采用小波变换对反射光谱进行分析,再利用Coif5小波基进行离散小波变换得到第9层重构信号的细节系数,用其反映油膜厚度的差异。油膜厚度和细节系数具有良好的线性关系,据此可准确识别大范围溢油事故中不同位置油膜的厚度。快照式高光谱探测方式极大地提高了溢油分析的效率,对溢油灾害的快速发现和实时监测具有参考价值。