某星载电子设备结构设计简述new

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1、万方数据某星载电子设备结构设计简述何菊中国电子科技集团公司第十研究所610036壤i；冀iii㈡iii誊ijiijiiiiiiii{

2、{=!本文从某星载电子设备在载星平台上的安装布局、结构形式、j中击振动、热设计、电磁兼容、抗高能粒子辐射设计等方面进行简要的论述，说明星载电子设备结构设计时应遵循的原则和采取的手段。篝镳润囊羹誊叠黪薯j爱¨誊叠篇譬童≯j毒ii≥囊囊豢囊星载电子设备；冲击振动；热设计；电磁兼容；抗高能粒子辐射设计星载电子设备是一次性产品，一旦发射入轨后就不能进行维修。而且在发射时要承受运载火箭所造成的声、振动、冲击和加速度等严酷的动力学环境，入轨后又

3、要承受真空、冷黑、粒子辐射、微重力、原子氧及微流气体与空间碎片等严酷的外层空间环境。因此，高可靠、小型化、重量轻、耐环境适应性是星载设备结构设计的关键。在设计时，必须同时兼顾以上因素的影响。1．安装布局根据卫星上空间范围的大小，首先对所有设备进行结构总体布局设计，从而确定所有设备的安装位置和方式，进而确定设备间的接口位置和连接方式，最终确定自制零部件、外购零部件的形状、尺寸及安装方式。这种以结构为主的设计方式能有效避免购买由制造商确定尺寸的零部件所带来的空间利用率低，产品小型化困难等弊病，从而达到减小设备体积的目的。2、结构形式结构设计时采取通用化、系列化、模块化

4、设计。采用单元叠加组合结构形式，将独立的功能单元通过螺杆串在一起，每个单元具有相同的截面尺寸，根据组成单元的数量，调整其高度尺寸组合成整机。为了避免螺杆承受径向剪切力将各单元相互嵌装在一起。该结构形式具有以下优点：一、因为不同功能的单元单独装配在独立的封闭腔体内所以具有良好的电磁兼容性；二、单元间的内、外接线相对少且短，充分节约可用空间，同时便于拆卸维修。三、将热耗集中的单元分别放置在底层或底层，有利于散热；四、由铝板铣削加工出的腔体有利于减轻整机重量、提高抗震性能及抗辐照能力、并能获得较高的装配精度。3、热设计众所周知，热能的传递有导热、对流换热和辐射换热三种形

5、式。对于安装在舱内的星载电子设备而言，自然对流传热不能产生，因此星载电子设备与舱壁或辐射器／集热器的换热只能通过辐射和传导来实现。控制辐射传热的主要措施是采用合适的温控涂层、多层隔热材万方数据料及有效辐射表面积(曝光系数)。传导则采用金属良导体来实现。设计原则如下：1)整机的热设计以向星体结构热传导为主，通过机箱安装面传导散热。安装接触面应保证乎坦。2)整机的热设计以向空间环境热辐射为辅，通过机箱外表面辐射散热，表面黑色硬质阳极氧化以提高黑度￡。3)发热量大的元器件尽可能靠近印制板边缘，降低元器件到机壳的传导热阻，使其具有良好的热传导通路，直接将热量传导到机壳外部

6、。4)当元器件的发热密度较大时，在印制板表面加装导热板、导热条等增强散热的设施。5)发热元器件(如功率管)直接安装在机架上同时安装面应保持平直光滑，不应有明显的划痕、凹坑等缺陷，接触面之间应衬垫柔软的铟箔。基于以上原则，计算出整机的耗散功率，并逐层分解到各单元及各单元上的主要发热器件，根据器件本身的属性及不同的安装方式确定其热阻进行分析计算，运用Flotherm仿真软件对设备进行热仿真分析，根据仿真分析数据核算元器件极温是否满足要求，若不满足要求需重新调整方案至满足要求。4、抗高能粒子辐射设计地球辐射带是存在着大量被地磁场捕获的高能带电粒子的空间区域，分内带和外带

7、，它们在地区子午面内的剖面为月牙形。高能粒子有超强的穿透性，可以穿透卫星蒙皮进入卫星内部。辫藏蓐崖(哪m图1剂量一厚度曲线电子设备暴露在高能粒子辐射环境中，将产生总剂量效应(TID)和单粒子效应(SEE)两种效应。总剂量效应是辐射能量在电子材料中累积的结果，导致电子元器件参数衰退，当累积剂量超过元器件最大允许剂量时将导致性能失效。而星内电子设备受到的辐射剂量与屏蔽厚度有关，卫星蒙皮、设备外壳等均起屏蔽作用，lmm厚的铝板可使辐射剂量减少到1％以下。不过由于屏蔽材料本身有二次辐射问题(韧致辐射效应)，屏蔽技术只能把辐射总剂量减少到约(2～3)×103rad限度内。因

8、此抗总剂量效应的有效设计方法是将器件置于星内总剂量小的适当位置、并采用屏蔽技术，对辐射敏感器件进行防护，尽可能将它们深藏或者靠近厚重的构件放置，同时要选用抗总剂量较高的元器件。参照图1我们可以看出当屏蔽厚度超过7后辐射剂量基本不变，所以可以根据卫星蒙皮的厚度以及器件抗总剂量参数设计设备壁厚。5、抗力学环境设计卫星在发射过程中，设备承受的冲击、振动是很强烈的，因此提高设备的抗冲击、振动的能力，对提高设备的可靠性是非常重要的。设备抗力学环境设计主要应遵循的原则是在满足产品电气性能的基础上，同时兼顾热设计、抗辐照设计、EMC设计等因素，根据设备所应承受的力学环境条件选择

9、合理的结构