CN103412585B - 一种带主动控温的卫星相机热防护门系统 - Google Patents

Abstract

一种带主动控温的卫星相机热防护门系统由热防护门主体、驱动系统、控温系统三部分组成，热防护门主体由热防护门结构板、外表面多层隔热材料、内表面高发射率涂层、安装环组成；驱动系统由减速机构、驱动电机组成；控温系统预埋电加热片、温度传感器和加热控制器组成；多层隔热材料包覆在热防护门结构板外部，热防护门结构板内侧涂有高发射率涂层；驱动电机和减速机构固定在相机遮光罩上，热防护门的安装环固定在热防护门结构板上，驱动电机通过减速机构与热防护门安装环连接，通过电机转动开启或者关闭热防护门。本发明可减少非成像时相机漏热，降低相机主动加热功耗，保证成像时相机温度稳定。

Description

一种带主动控温的卫星相机热防护门系统

技术领域

本发明属于航天器热控制技术领域，是一种主被动结合的温度控制装置。可用于提高卫星相机热稳定性，降低用于相机热控制的主动加热功耗。

背景技术

近年来航天光学遥感技术发展迅速，卫星分辨率不断提高，同时很多高分辨率遥感卫星都具有快速姿态机动能力，其突出特点是可以快速侧摆成像、同轨多条带成像、同轨立体成像，这种设计提高了卫星对地观测的时间分辨率，扩大了观测区域，兼具侦查与测绘能力。当遥感卫星姿态频繁机动时，其空间外热流变化迅速，成像所需热稳定时间长，相机漏热严重。热流波动对成像质量的影响问题也愈发突出，解决卫星平台的热流波动问题与成像所需热环境稳定性之间的矛盾，成为保证卫星成像质量的关键因素之一。

在星体外部相机外安装活动相机防护门是提高相机热稳定性的一项有效的措施。相机照相期间打开相机防护门，使相机可以对探测目标进行成像，照相完毕后关闭。通过这种方法来减小相机窗口附近的漏热，改善相机镜头的温度均匀性，从而减小外热流波动对相机成像质量的影响。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有卫星相机热控技术不足，提供一种带主动控温的卫星相机热防护门系统，减少非成像时相机漏热，保证成像时相机温度稳定。

本发明的技术解决方案为：一种带主动控温的卫星相机热防护门系统，所述系统安装在空间相机遮光罩上，由热防护门主体、驱动系统、控温系统三部分组成。其中热防护门主体包括热防护门结构板、外表面多层隔热材料、内表面高发射率涂层、安装环；驱动系统由减速机构、驱动电机组成；控温系统由预埋电加热片、温度传感器和加热控制器组成；多层隔热材料包覆在热防护门结构板外部，热防护门结构板内侧涂有高发射率涂层；驱动机构安装在相机遮光罩上，热防护门安装环固定在热防护门结构板上，驱动机构通过热防护门安装环与热防护门主体连接；预埋电加热片以及温度传感器置于热防护门结构板内表面，温度传感器将温度信号输出至加热控制器，由加热控制器控制预埋电加热片通断。

所述热防护门结构板为三层结构，由两层铝蒙皮中间夹一层纸蜂窝构成，材料轻，导热系数低，结构稳定性好，具有较小的转动惯量，绝热性能好，热容较小，可以较快的达到温度稳定。

所述热防护门结构板外表面多层隔热材料由6～10层聚酰亚胺镀铝薄膜与尼龙丝网二者交替压紧构成，顶层和底层均为聚酰亚胺镀铝膜。

所述热防护门结构板内表面高发射率涂层为发射率0.88～0.95的黑漆。

所述减速机构与驱动电机连接，由驱动电机转动输出扭矩进行开启或者关闭。减速机构结构简单，可靠性高，具备在真空环境下反复使用的能力。

本发明与现有技术相比的优点在于：

（1）本发明提高了相机内部热稳定性，避免热变形对相机成像质量造成较大影响，同时减少用于相机的主动加热能源消耗。

（2）本发明热防护门主体结构采用双层铝蒙皮加纸蜂窝结构，可保证结构强度，同时重量轻、绝热性能好，热门关闭时可大幅减少相机漏热。

（3）本发明可保证热门开启和关闭时进入相机内部的当量热流基本不变，保证相机温度稳定性。

（4）本发明驱动系统由驱动电机和减速机构组成，体积小、重量轻、可靠性高。

（5）本发明在相机遮光罩前端安装热防护门驱动系统，驱动系统的减速机构通过安装环连接热防护门主体，可实现热防护门180度旋转打开（图1）和旋转关闭（图2）。

（6）热门关闭时，由于热防护门主体结构基本绝热，可以减少相机漏热。

（7）本发明热防护门主体结构内侧预埋电加热片，热门关闭时控温系统采取回差式主动加热方式进行温度控制。要保证热门打开时相机的温度稳定性，需要保证热防护门关闭时热门内表面的当量发射热流与热门打开时的空间外热流一致，根据相机成像时平均外热流以及热门内表面发射率可以算出热门内侧基准温度，采用主动加热方式保证热门内侧温度稳定性在基准温度±2℃之内。

（8）本发明热防护门开关控制程序可与相机成像控制程序一体化编制，在开始成像之前完成热防护门开启动作，在成像结束后关闭热防护门。

本发明所述的热防护门系统有三种用途：

（1）保证卫星相机温度场稳定，热防护门关闭时，利用电加热控温系统可以保证热防护门主体内表面温度恒定，使得热防护门的当量辐射热流与成像时进入相机镜头的外热流相近，这样可以控制相机内部的温度稳定。

（2）减少相机电加热功耗，热防护门关闭时，由于不再受宇宙空间低温背景辐射影响，相机镜头漏热量大幅度降低，因此可以减少相机漏热补偿电加热的功耗。

（3）使相机具备一定的防护能力，热防护门关闭时，可减少空间辐射对反射镜和CCD的辐照时间，起到一定的防辐照作用，另外还可以对空间碎片、微流星以及激光起到一定的防护作用。

附图说明

图1为本发明所述热防护门开启状态示意图；

图2为本发明所述热防护门关闭状态示意图；

图3为本发明热防护门主体结构及控温回路示意图；

图4为本发明驱动系统示意图。

具体实施方式

本发明为一种带主动控温的卫星相机热防护门系统。如图1、图2所示系统安装在空间相机遮光罩4上，由控温系统1、驱动系统2、热防护门主体3三部分组成。其中控温系统1由预埋电加热片11、温度传感器12和加热控制器13组成；驱动系统2由减速机构21、驱动电机22组成；热防护门主体3由热防护门结构板31、外表面多层隔热材料32、内表面高发射率涂层33、安装环34组成；驱动电机22和减速机构21固定在遮光罩4上，安装环34固定在热防护门结构板31上，减速机构21通过螺栓固定在安装环34上，形成与热防护门主体3的连接；预埋电加热片11以及温度传感器12置于热防护门结构板31内表面，温度传感器12将温度信号输出至加热控制器13，由加热控制器13控制预埋电加热片11通断；多层隔热材料32包覆在热防护门结构板31外部，热防护门结构板31内侧涂有高发射率涂层33。

如图3所示，热防护门结构板31为三层结构，由两层铝蒙皮311中间夹一层纸蜂窝312构成，材料轻，导热系数低，结构稳定性好，具有较小的转动惯量，绝热性能好，热容较小，可以较快的达到温度稳定。

如图3所示，热防护门结构板31外表面多层隔热材料32由6～10层聚酰亚胺镀铝薄膜321与尼龙丝网322二者交替压紧构成，顶层和底层均为聚酰亚胺镀铝膜。

热防护门结构板31内表面高发射率涂层33为发射率0.88～0.95的黑漆。

如图4所示，减速机构21与驱动电机22连接，由驱动电机22转动输出扭矩带动减速机构的齿轮转动，使热防护门开启（见图1）或者关闭（见图2）。减速机构21结构简单，可靠性高，具备在真空环境下反复使用的能力。

总之，本发明既能实现减少相机漏热，又能保证热门打开后相机内部热稳定，在节约星上能源、保证成像质量方面可起到重要作用。

本发明未详细阐述部分属于本领域技术人员公知的现有技术。

Claims (5)

1.一种带主动控温的卫星相机热防护门系统，其特征在于：所述系统安装在空间相机遮光罩(4)上，由控温系统(1)、驱动系统(2)、热防护门主体(3)三部分组成；其中控温系统(1)由预埋电加热片(11)、温度传感器(12)和加热控制器(13)组成；驱动系统(2)由减速机构(21)、驱动电机(22)组成；热防护门主体(3)由热防护门结构板(31)、外表面多层隔热材料(32)、内表面高发射率涂层(33)、安装环(34)组成；驱动电机(22)和减速机构(21)固定在遮光罩(4)上，安装环(34)固定在热防护门结构板(31)上，减速机构(21)通过安装环(34)与热防护门主体(3)连接；预埋电加热片(11)以及温度传感器(12)置于热防护门结构板(31)内表面，温度传感器(12)将温度信号输出至加热控制器(13)，由加热控制器(13)控制预埋电加热片(11)通断；多层隔热材料(32)包覆在热防护门结构板(31)外部，热防护门结构板(31)内侧涂有高发射率涂层(33)。

2.根据权利要求1所述的一种带主动控温的卫星相机热防护门系统，其特征在于：所述热防护门结构板(31)为三层结构，由两层铝蒙皮(311)中间夹一层纸蜂窝(312)构成。

3.根据权利要求1所述的一种带主动控温的卫星相机热防护门系统，其特征在于：所述多层隔热材料(32)由6～10层聚酰亚胺镀铝薄膜(321)与尼龙丝网(322)二者交替压紧构成，顶层和底层均为聚酰亚胺镀铝膜。

4.根据权利要求1所述的一种带主动控温的卫星相机热防护门系统，其特征在于：所述热防护门结构板(31)内表面高发射率涂层(33)为发射率0.88～0.95的黑漆。

5.根据权利要求1所述的一种带主动控温的卫星相机热防护门系统，其特征在于：所述减速机构(21)与驱动电机(22)连接，由驱动电机(22)转动输出扭矩进行开启或者关闭。