地球静止轨道凝视型相机热分析与热设计.pdf

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1、航天返回与遥感第31卷第3期34SPA(ECRA兀’RECOVERY&REMOTE娜矾G2010年6月■■—■—■■—■●■■■■■■■■■———●●—●■—■■——■———■■■———●—一III●■—■———■———●—■■■■●●———■■■_____—■●■—●—_●_——■●■一地球静止轨道凝视型相机热分析与热设计赵振明王兵高娟(北京空间机电研究所，北京100076)摘要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

2、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。关键词空间光学遥感器地球静止轨道凝视相机热设计仿真分析中图分类号：V423．4文献标识码：A文章编号：1009—8518(20lO)03—0034—07PreliminaryResearchontheThermalDesignMethodsoftheGeosynchronousOrbitStaringCalneraZhaoZhenmingWangBingGaoJuan(酗

3、iIlgInstituteofSpaceMechanics＆Electricity，&ijing100076，China)AbstractThespaceopticalremotesensorisinfluencedbythesolarradiation，K[beclo，earthemittedinfraredandotherheat90llrI。esashyingintheheatdrefl'ines8astrospace．Therefore。theprecisethermaldesignbecomethekeyp

4、ointtoertsuiethecameraworkingnormallywithhi出iII嘲qualities．Theemphasesanddifficultiesofthegeesynchronomorbit8tariIlgCa／herathermaldesignaIe砸m删basedontheorbitalheatinganalysisofSUBradiation．Thesolutionstopossibleproblemsillthethermaldesignisprovided．KeywordsSpace

5、opticalremoteseIEorC,eosynchronoasorbitSt舡iIlgCa／IETaThermaldes和SimulationaI】蛐1引言随着人们对地球及宇宙空间探索的不断深入以及航天技术的不断发展，空间光学遥感器已经成为航天器最重要的有效载荷之一。在地球静止轨道上，凝视模式成像是空间光学遥感器最理想的工作方式⋯。所谓凝视模式是指光学遥感器进行对地观测时，其光轴盯住地球上的某一点不动，这样可以有效地提高信噪比、时间分辨率以及成像效率，同时省去了光机扫描结构，可以降低系统质量和功耗晗-4j。与低

6、轨道航天器一样，地球静止轨道凝视型相机在轨工作时同样要长期经受太阳辐射和空间冷热沉、黑热沉的交替影响，这样会引起相机温度周期性的剧烈变化。同时静止轨道凝视相机所处热环境也有其自身的特点，例如与太阳同步轨道不同，地球静止轨道上地球红外辐射和地球反照的影响对太阳辐射而言可忽略不计【57；在每日的循环中光学系统直接面对太阳照射长达4hE6

7、，甚至在午夜前后太阳辐射也可以通过人光口直接照射到凝视相机遮阳罩内部的光学组件上；春分日和秋分日前后几天中存在最长72rain的地球全阴影区等。相机光学系统对温度和稳定度要求很高，而上述

8、复杂的热环境容易导致相机内部温度出现大收稿日期：2010—03—26基金项目：国家重大科技专项工程第3期赵振明等：地球静止轨道凝视型相机热分析与热设计35幅波动，给光学成像带来较大的影响，使相机热控系统设计变得更加困难。本文在地球静止轨道太阳辐射外热流分析的基础上，详细阐述了凝视型相机热设计的重点与难点，并针对热设计中可能遇到的问题提出了相应的解决方案。另外，文章还以某地球静止轨道面阵凝视相机为例，介绍了热控方案设计的具体思路，并通过仿真分析的方法对热设计方案进行了验证。2地球静止轨道太阳辐射外热流分析根据凝视相机的

9、工作模式可知，卫星正对地球的表面接收到的太阳辐射外热流对相机的影响最大，同时作为散热面的卫星南北板所接收到的太阳辐射外热流会很大程度上影响到相机内部的散热。为了准确了解凝视相机所处的热环境，本节对地球静止轨道太阳辐射外热流做了详细的分析计算。计算采用如图1所示的相机坐标系统，其中+z轴指向地球，+X轴指向卫星飞行方向(垂直于卫星东板向外)，+y