GEO卫星红外地球敏感器热设计敏感性分析

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1、航天器环境工程第30卷第3期240SPACECRAFTENVIRoNMENTENGINEEIUNG2013年6月GEO卫星红外地球敏感器热设计敏感性分析刘百麟，孟莉莉，华诚生(北京空问飞行器总体设计部，北京100094)摘要：文章提出了一种GEO卫星红外地球敏感器的热设计方法，建立了红外地球敏感器热数学模型，对影响红外地球敏感器散热的热设计要素进行敏感性定量分析，以指导优化热设计。分析验证表明：经过优化的红外地球敏感器热控方案，能很好地满足卫星15a寿命期红外地球敏感器工作温度要求。该设计方法已在“东方红四号”平台系列卫星上成功应用，并得到在轨验证。关键词：地球静

2、止轨道；红外地球敏感器；热设计；敏感性分析中图分类号：V448文献标志码：ADOI：10．3969／j．issn．1673—1379．201303．0040引言红外地球敏感器(以下称地敏)是卫星姿态控制的关键设备之一，是卫星捕获地球及使其偏航轴对地定向的重要手段【l之J。地敏是温度敏感的光学设备，对它的工作温度控制将直接影响卫星在轨姿态控制的精度【3巧J。GEO卫星的地敏安装于卫星对地板的外表面。由于对地板受太阳照射的热流日变化为0～1353W／m2，这将导致地敏工作温度的变化。另外，对地板外表面上的天线对地敏的遮挡也会引起其工作温度的变化。为了保证地敏的测量精度

3、，有必要对它进行适当的热设计以控制工作温度。本文提出一种将主动热控与被动热控相结合的设计方法，用以实现地敏的工作温度控制。针对热设计中影响地敏工作温度控制的因素进行敏感性定量分析，以优化改善地敏的工作热环境。1红外地球敏感器的热设计1．1红外地球敏感器GEO卫星共有2台红外地球敏感器，互为冷备份，并排安装在卫星对地板+y向(或一y向)边缘附近。地敏的外形为长方体，长×宽×高为160mmx106rnn．1x152mm。其外表面(安装底面除外)作黑色阳极化处理，安装底面的4个角上开有螺钉安装孔，侧面上有加强筋和电缆接插件，顶面上安装了文章编号：1673—1379(20

4、13)03—0240—05一块锗准直透镜，透镜窗口尺寸为65mmx54film。锗准直透镜是地敏的重要光学部件，直接对准地球，扫描接收来自地球的红外。地敏的工作热耗约为4W，工作温度范围为．20～+45℃。1．2热设计方法由于地敏机壳的±y方向侧面有外凸的加强筋和电缆接插件，不适合粘贴OSR散热片，因此采用一个带有OSR散热面的热防护罩将2台并排安装的地敏罩在其中，为它们提供一个相对稳定的热环境，同时兼顾粒子辐射屏蔽的作用。热防护罩由1个长×宽×高为368ITlnlxl70mm×165rnlTI的长方体支架与4块2mm厚的铝面板铆接而成，其中4个侧面安装了铝面板，

5、支架底端共有8个螺钉安装脚用于与对地板固定。为降低卫星对地板对地敏的热影响，在地敏及热防护罩与对地板的安装接触面之间加隔热垫以减少导热。本文以安装于卫星的对地板外表面(+y向)边缘的地敏为例，其详细热设计措施如下：1)在地敏的外围设计了一个热防护罩，并在罩的+y向侧面板(与卫星南板共面)的外表面粘贴OSR散热片，而散热片面积为425n,Lt．nx185mm；罩的其余3个侧面板外表面包敷了10单元的多层隔热组件；罩的顶面覆盖了一块15单元的多层隔热组件(锗准直透镜所在区域除外)，形成一个封收稿日期：2012．07．1l；修回日期：2013．05一19作者简介：刘百麟

6、(1976一)，男，硕士学位，主要从事通信系列卫星热设计、热分析工作。E-mail：liubailin501@sina．cn。第3期刘百麟等：GEO卫星红外地球敏感器热设计敏感性分析241闭换热空间。2)热防护罩的4个侧面板内表面进行黑色阳极化处理或喷涂白漆，以提高内表面的红外发射率，加强地敏与罩之间的辐射换热。3)热防护罩的+y向侧面板上边设计了一个多层遮光帽沿，用以遮挡投射到罩+y向散热面的太阳光。多层遮光帽沿的外形尺寸为425mm×90mm，包敷了10单元多层隔热组件，固定在3根沿着+y向伸展的支撑杆上。4)在地敏及热防护罩与对地板的安装接触面之间加装厚度为

7、6mm的玻璃钢隔热垫。5)为维持地敏的工作温度，在每个地敏的安装底面粘贴了双层加热片和2个热敏电阻，以形成主、备两个加热回路；每个回路加热功率为7．5w，由卫星自主控温：主加热回路的控温阈值为f0℃，15℃]，备份加热回路的控温阈值为[．5℃，15℃]。2热分析模型建立2．1轨道及太阳辐照GEO卫星为地球静止轨道卫星，飞行姿态为对地定向。轨道高度h=36000km，其偏心率P=0，轨道倾角净0。，轨道周期T=24h。只考虑太阳辐照【6。】，则分点时的太阳辐照常数萨1353W／m2，夏至点时S=1309W／m2，冬至点时S=1399W／m2。2．2热模型本文采用NA

8、VADA和