碳卫星有效载荷热控制技术

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1、密级:_ffal•_I“.“•“.‘““‘--7^v‘；•',-‘；‘；.•.',••-•,..中国科学院大学®Lniversit}ofChineseAcademyotSciences博士学位论文碳卫星有效载荷热控制技术作者姓名：查鷇_指导教师：—吴清文研究员申g禾斗密机械与物理研究所学位类别：工学博士学科专业：机械葡1造及其自动化_一___培养单位：中国料学院长春光学精密机械与物理研究所2015年5月独创性声明本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师指导下独立进行研究工作所取得的成果。据我所知，除了特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人己经发表或撰写

2、过的研究成果。对本人的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名:学位论文使用授权书本学位论文作者完全了解中国科学院大学及中国科学院长春光学精密机械与物理研究所有关保留、使用学位论文的规定，g卩：中国科学院大学及中国科学院长春光学精密机械与物理研宄所有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权中国科学院大学及中国科学院长春光学精密机械与物理研究所可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编本学位论文。(保密的

3、学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者毕业后去向:工作单位：_____电话:通讯地址:邮编:ThermalControlTechniqueofCarbonSatellitePayloadByLiYiADissertationSubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofScienceinEngineeringChangchunInstituteofOptics,FineMechanicsandPh

4、ysicsChineseAcademyofSciencesMay,2015摘要碳卫星有效载荷热控制技术李毅（机械制造及其自动化）导师：吴清文研究员摘要人类工业革命后，由于大量地砍伐森林和大量的化石原料被燃烧，大气中CO2的含量迅速增加，所带来的温室效应越来越严重。此前人们对于CO2的监测仅局限于地面。由于观测的局限性人们对于CO2的全球演变知之甚少，因此CO2的空间监测引起了世界各国的重视。CO2的空间监测是通过光学仪器进行的，而温度直接关系到光学仪器的成像质量。因此有必要对于探测仪热控系统的设计进行研究。碳卫星有效载荷，作为我国首个温室气体探测仪，其姿态复杂、

5、内热源功耗大且工作时间长，给热设计提出了新的挑战。探测仪观测模式多，单轨姿态变化多，热设计工况难以确定；探测仪内部的红外探测组件有制冷机，其散热困难，若热设计不当将会影响整个探测仪的工作。如何利用成熟的热控技术，解决温室气体探测仪的热控难题，满足其正常工作的热控要求等研究内容，是本文的主要内容。论文概述了温室气体光学遥感器的研究现状，总结了其工作特点和热设计特点，介绍了国外温室气体光学遥感器的热设计方案。对我国的碳卫星有效载荷的结构、工作模式进行了分析，并总结了其热控系统的难点、重点问题。通过对CO2探测仪和云和气溶胶探测仪两部分的热光学分析，得到了两遥感器的热

6、控指标，结合两探测仪的结构将热控指标分解至两探测仪各个部分。在探测仪详细热设计部分，首先对CO2探测仪的安装面、主体、入光口、光学元件、探测器组件、电控箱进行了详细的热设计，同时对云和气溶胶探测仪的主框架、镜头组件、遮光罩组件、线路板组件、焦面组件论文进行了详细热设计。然后根据探测仪的姿态和工作模式，确定高、低温工况，并进行分析I中国科学院大学博士学位论文：碳卫星有效载荷热控制技术计算，从而确定了散热面面积和补偿加热功耗。热分析结果表明低温工况时CO2探测仪的光学元件温度为18.4℃~21.8℃，探测器组件的温度为18.5℃~25.5℃，云和气溶胶探测仪的物镜组

7、件温度为19℃~23℃，高温工况时CO2探测仪的光学元件温度为18.6℃~22.0℃，探测器组件的温度为20.6℃~25.7℃，云和气溶胶探测仪的物镜组件温度为19℃~23℃，满足探测仪工作的温度要求。此外，还针对云和气溶胶探测仪的遮光罩进行了方案优选。通过对于某类型的遮光罩热分析研究，得到了其等效长径比为1.7为最优。再利用云和气溶胶的遮光罩进行了试验验证，得到了其寻优结果。最后本文论述了碳卫星有效载荷的热试验。热平衡试验结果表明低温工况CO2探测仪的主体温度为16.4℃~19.6℃，探测器的温度为15.1℃~16.4℃，云和气溶胶探测仪的镜头组件温度为16.

8、4℃~18.9℃，高温工