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1、白光LEQ应用于空间站舱内照明的分析与探讨摘要:本文分析了白光LED应用于空间站舱内照明的可行性。根据国内外相关调研资料,总结了空间站舱内照明的相关指标,结合载人航天任务的需求分析了LED光源在空间舱内照明的适用性和可靠性,并与荧光灯进行了相关比较。本文认为白光LED照明系统能够替代荧光灯为舱内提供一般照明,应研制适合于空间站舱内照明的LED照明系统。1刖吕未來国家将进行空间站的建设。照明系统是空间站内一个重要的子系统。配套舒适的照明能为航天员的舱内生活,作业提供良好的照明环境,保障航天员的人身安全;同时,照明
2、的功耗控制也对整个航•天任务的顺利实施起到重要作用。在对舱内进行照明设计的过程中,为了建立一个高可靠、高效、满足人机功效要求的空间站舱内照明环境,必须选择合适的照明系统,以达到相关的舱内照明指标并满足对照明系统体积、重量、功耗的限制和可靠性的要求O目前国际空间站各舱室内i般照明光源为荧光灯。荧光灯技术成熟,性能稳定,可靠性高,同时具冇光效高、发光均匀、表面亮度低等特点。但是其缺点是:含汞、带频闪、不易调光、维护周期短。相比之下,白色发光二极管(LED)作为-•种新型照明光源,具有体积小、抗震耐冲击、寿命长、启动
3、快、工作电压低、无频闪、不含汞等特点、,非常适合航天飞行任务对照明系统的高可靠和安全性要求。同时在舱内照明应用中,还应考虑LED光源的发光效能,显色指数,色温以及眩光防止等问题。因此针对这些问题,分析研究LED光源在飞船和空间站舱内的应用是非常必要的。2空间站舱内照明指标照明指标的实现是为了满足空间站舱内环境对照明质量和数量的要求,即确保:(1)视觉舒适性,航天员感觉到舒适。(2)视觉功效,航天员在困难条件和长吋间工作中,也能够快速、准确地完成视觉作业。(3)视觉安全,能够看见舱内外作业目标周围附近的物体,防止
4、误操作或发现异常情况。由于冃前没有针对航天应用发布的照明标准,空间站舱内照明指标主要参考国际照明委员会室内工作场所照明标准。空间站舱内照明的指标应包括:以上指标中,⑴、⑵、⑶、⑷主要取决于光源的数量、光学系统的设计、灯具的安装位置和分布、照明的方式、舱内空间的大小形状以及被照表面的材料特性等。(5)、(6)同时受到光源光谱功率分布、二次光学系统和驱动电源三者的共同影响。(7)主要从安全可靠性设计和测试两方面进行保证。下面结合相关指标,具体分析白光LED在舱内照明应用的性能特点及关键应用技术。3色温和显色指数光源
5、的相关色温描述了灯发射的光的表观颜色(灯的色品)。色温的选择基于照度、室内和周围环境中物品的颜色、周围气候和应用场所。通常在温暖气候条件下冷光的色温更受欢迎,而寒冷气候条件下暖光的色温更受欢迎。光源的一般显色指数Ra*价了光源的显色特性,Ra越小,颜色的显现质量越低,Ra小于80的灯不得用于人们长时期工作或停留的舱内空间O在满足舱内照度标准的前提下,舱内照明应选择性能稳定的LED光源,其显色指数丽不应低于80。LED的色温则需根据相关人机功效实验来确定,一般来说可以使用色温在3000K至5000K之间的LED光
6、源进行舱内照明。LED的发光光谱会受到LED芯片的工作结温,电流的大小和透镜材料的影响,应用中应对这些因素进行控制以保证照明质量。4LED舱内照明的关键应用技术4.1器件的筛选与普通照明不同,航天任务对产品质量要求高,用于照明系统中的LED器件必须经过筛选合格才能使用;另一方面,按照相关筛选规范筛选后的LED器件光电性能相近,从而保证整个照明系统工作性能的稳定。筛选内容根据具体的筛选对象和筛选规范来确定。4.2二次光学系统的设计対于一个空间站内部类似长方体的低矮空间而言,航天员处在微重力环境下,英眼睛可能朝向各
7、个方向并与光源距离不一,因此灯具必须满足眩光限止的要求。荧光灯由于其发光面积大,表面亮度低,光线柔和,只需要使用某些漫透射材料即能减少眩光，产生舒适的照明效果。相比之下,LED是点光源,发光面积小,亮度高,灯具若出光角度控制不当则容易产生眩光。因而应根据灯具在舱内的安装位置和方式对LED光源的出光角度和强度进行重新分配,使LED由点光源变为均匀的面光源,发光面亮度降到足够低,以达到限止眩光的冃的。在舱内照明灯的光学系统的选择和设计上,可以使用透过率高的漫透射系统或者使用导光管、平面镜反射系统等方式产生均匀的面光
8、源。设计时应该以航天任务对照明系统的重量,体积和功耗的限制为前提,将其与不舒适眩光值之间取得一个较好的平4.3驱动电源的设计LED驱动电源为舱内LED照明灯提供稳定的供电,并须设置电路保护。1.2iI路保乙应足相同的测试电流下齐种颜色的LED样品0.6-CyanPhotometric—Roval-BlueRadimetric电磁兼D在发则会l升高,l终导温度CC)"粉失耳的样品27°C
