空间红外相机标定机构的设计与随机振动分析

为了实现空间相机红外探测器的标定功能,设计了一套具有锁定机构的运动部件,驱动标准黑体完成标定和非标定两种状态的转换。针对航天器发射和在轨过程中特殊的力学环境,提出了永磁锁定-力矩器驱动技术,并把这种技术应用在空间红外相机标定机构的设计中。在发射过程中使用永久磁铁吸引运动部件,限制运动部件的转动自由度;在标定过程中,使用电磁力矩器驱动运动部件实现解锁和标定。采用模态缩减的方法对机构进行随机振动分析,标定机构的一阶谐振频率为209.4 Hz,大于100 Hz的设计要求。随机振动验证了以上设计与分析的一致性,振动试验后标定机构工作正常。这种锁定和驱动技术在航天遥感领域具有一定的应用价值。

大型空间红外相机多反光学系统桁架杆框架的设计

针对大型空间红外相机对复杂支撑功能且重量小、刚度高框架的需求,本文设计了一个全部由桁架杆互相支撑形成的框架,并通过结构分析、工艺试验和力学试验验证了框架的可行性和可靠性。该框架由58根碳纤维支撑杆和21个接头组合形成相机的主支撑结构,可支撑多个周向分布的光学组件,且满足框架总质量不超过55kg的要求。介绍了框架的装调和胶接方法和步骤,进行了有限元分析和力学试验,验证了三角形封闭的桁架杆结构在黏接强度降低的情况下,仍能够在相机受力状态下具有足够的安全裕度。力学试验得到框架的一阶谐振频率为90.4 Hz,满足一阶谐振频率不低于60Hz的要求,与有限元分析结果相符。

基于高导热碳纤维的HgCdTe大面阵探测器热适配结构在空间红外遥感相机中的应用

Hg Cd Te面阵探测器是空间红外遥感相机的关键部件,随着性能需求的不断提高,器件的规模尺寸不断扩大。Hg Cd Te面阵探测器在常温下与承载板进行装配,但在深冷状态下工作,需要耐受200 K左右的温度波动。由于探测器与承载板的线膨胀系数不匹配,温度波动会引起探测器翘曲变形,变形严重时,将导致探测器损伤。提出基于高导热碳纤维的Hg Cd Te大面阵探测器热适配结构,以碳纤维的轴向高热导率降低结构热阻,以碳纤维的极小抗弯截面模量实现热适配结构两端面间的刚度解耦。相对于探测器与承载板直粘,引入基于高导热碳纤维的热适配结构后,探测器与承载板间的热阻仅增加了约1%,而探测器热失配翘曲变形衰减了99.9%,解决了大面阵探测器与承载板间的热失配翘曲变形损伤问题。并对基于碳纤维的热适配结构制备工艺方案进行了简单介绍。

像素级数字化轻小型高灵敏度红外相机研究

空间红外相机温度灵敏度越高,就能获取所观测地物更多温差细节信息,高灵敏度空间红外相机在对城市、海洋等目标的观测中有着重要的应用。本文介绍一种基于像素级数字化积分成像的空间红外相机新体制,基于该体制的红外相机在单个探测单元内实现探测信号的模数转换,大大降低了模拟信号读出过程中而引入的噪声,且通过电荷包计数的方式完成对信号的数字化处理,小量积分电容就可以满足传统体制下的超大积分电容需求,使相机电荷处理能力不受饱和电子数的限制,极大提升低轨空间长波红外相机的信号电荷利用率。并且基于该体制的推扫型TDI(时间延迟累加)相机其TDI级数的增加不会引入更多的读出噪声,使得其在轨可通过更多的TDI级数延长等效积分时间,降低相机灵敏度指标对载荷口径的依赖,达到高灵敏度指标的同时有效控制相机口径,实现整机的轻小型化。已完成基于新体制的长波红外样机研制,噪声等效温差(NETD)实测已优于10mK,远好于目前传统长波红外相机所能达到的20-30mK灵敏度指标,并能通过增加TDI级数有效提升灵敏度,验证了该体制的工程可实现性。像素级数字化红外相机技术将是未来空间轻小型高灵敏度红外技术的重要发展方向。

空间机械制冷机环境与可靠性试验方法研究

从空间机械制冷机的失效机理出发,在现有环境与可靠性试验标准规范的基础上,针对空间制冷机可靠性要求高、研制周期紧、成本压力大的特点,对常规试验方案进行了改进与完善,提出了覆盖制冷机研制全过程的试验流程与试验项目,最后针对改进后的试验方案进行了初步的应用分析,结果显示该试验方案能有效缩短试验时间,剔除早期失效,并评估制冷机的寿命与可靠性。

某低轨倾斜轨道相机热控系统设计与验证

某新型对地观测空间相机已随新技术试验星成功发射入轨。相机运行于低轨倾斜圆轨道为非太阳同步轨道,其面临的空间外热流变化非常复杂。为了保证相机在轨稳定工作,光学系统和承力结构需要具有较高的温度稳定性,低温红外探测器需要配备大功率制冷机。复杂的外热流环境和高稳定度的指标要求给热控系统的设计研制带来了极大的挑战。根据任务特点和需求,对热控研制任务展开了分析,提出了借助卫星平台姿态规避,间接辐射控温以及±X侧耦合散热面等热控措施。热平衡试验与在轨飞行实测数据表明,相机光学系统的温度水平保持在(18±2)℃范围内,稳定度优于±0.3℃/轨,满足相机各项温度指标,证明相机热控设计方案合理可行,相机在轨工作条件良好。

具有微小角度零件的加工及检验方法

针对某大型空间红外相机装调过程中某反射镜调整垫需具有微小角度的需求,提出一套采用光学加工技术进行加工和检测的方法。增加6块反射镜参与加工和检测,分别检测被加工零件的4个特征点高度、零件受加工面的初始角度和零件背面。使用干涉仪对6块反射镜进行检验,获得的干涉条纹可计算出零件受加工面与初始面的夹角,推算出零件高点与低点的高度差,指导进一步加工的加工量和加工角度。通过零件受加工面与反映零件背面反射镜面之间干涉条纹的差别,计算二者所成角度的数值。在80 mm宽的调整垫上,加工所得顶面与底面最终形成0.21″的夹角,调整垫上边缘和下边缘高度差为0.100λ(λ为可见光波长,λ=632.8 nm),即63.28 nm,处于误差范围内。将调整垫装入系统,经过力学试验和热光学试验,仍满足设计要求。结果表明:对于尺寸不大的机械零件,采用光学加工方法获得所需微小角度的平面是可行的;使用干涉仪对辅助反射镜表面进行干涉检测,并推算零件表面的加工量是能够指导加工进行的;通过辅助反射镜的干涉图计算被加工零件的表面高度差能够满足光学系统装调的需要。