CN103863581A - 一种用于高分辨率光学遥感器精密控温的间接热控装置 - Google Patents

Abstract

本发明一种用于高分辨率光学遥感器精密控温的间接热控装置；包括热罩结构、薄膜电加热器、测温元件、多层隔热组件和控温仪器电路；热罩结构隔热安装于被控对象周围。在热罩结构上粘贴薄膜电加热器及测温元件，通过控温仪器判读测温元件反馈的温度读数，利用控制回路实现对热罩结构的主动控温。同时在热罩结构上包覆多层隔热组件，降低环境温度波动对热罩结构的温度影响。保证热罩结构的温度在控温阈值内波动。通过热罩结构的表面与被控结构的辐射换热，达到对被控对象的温度控制。本发明通过对热罩结构的主动控温，利用热罩结构与被控对象的辐射换热，达到对被控对象控温的目的。

Description

一种用于高分辨率光学遥感器精密控温的间接热控装置

技术领域

本发明属于航天光学遥感器热控技术领域，涉及一种用于高分辨率光学遥感器精密控温的间接热控装置。

背景技术

我国空间光学遥感卫星图像已经在诸多领域得到了广泛的应用，发挥了不可估量的作用。随着应用的进一步深入，用户对图像质量的要求越来越高。为达到更高的图像质量，高分辨率光学遥感器需要满足更高的几何精度，因此对遥感器精密控温的程度提出了更高的要求。不仅对遥感器温度水平的要求更严苛，更加大了对遥感器的温度稳定性要求。因此要求对遥感器关键结构及光学镜头进行精密控温，实现遥感器几何结构的稳定，从而保证光学遥感器的成像质量。

按照热控制的原理来划分，热控制技术可分为被动热控制技术及主动热控制技术两大类。被动热控制技术是一种开环控制。通过被控对象与其环境及周围结构的热传递，使被控对象处于期望的温度范围内。优点在于技术简单，运行可靠，但对被控对象的温度不可控。主动热控制技术是一种闭环控制。常见的主动热控制是通过施加主动控温功率，通过热敏感器来反馈被控对象的温度，利用控温设备来调节主动控温功率的大小及时间来控制被控对象的温度。这种主动热控方式实现了对被控对象的控制。其控温精度依赖于温度反馈系统的精度及控温设备的精度，同时取决于主动控温系统的资源设置。

对于大多数遥感器的热设计而言，采用被动热控与主动热控两种方式共用的方式。尤其是利用主动控温方法实现对被控对象控温的目的。而遥感器作为一个结构复杂的大型系统，其各个部件间的热耦合作用十分复杂，通过导热、辐射等换热方式，单一结构件与其周围的结构进行热交换，因此其温度变化受周边环境的整体温度影响较大，而并不完全依赖于其自身的热控措施。另外，对于直接加载在被控对象上的主控控温回路来说，受到现有航天应用的测温设备的测温响应时间、测温精度，控温设备的控温精度的限制，这类控温方式只能将被控对象的温度控制在±0.3℃至±2℃范围内。

随着遥感器向着大口径、高能耗、高热流密度、高控温精度的趋势发展，高分遥感器对主要光机结构提出了优于±0.1℃的控温精度要求，传统的控温方法难以满足该精密控温需求。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种用于高分辨率光学遥感器精密控温的间接热控装置，解决了高分辨率空间光学遥感相机对镜头组件及光机结构温度稳定性优于±0.1℃的精密控温要求。

本发明的技术方案是：一种用于高分辨率光学遥感器精密控温的间接热控装置，包括热罩结构、薄膜电加热器、测温元件和控温仪器；热罩结构与被控对象隔热安装；所述的热罩结构为进行发黑处理后的高发射率结构件；热罩结构的表面上粘贴薄膜电加热器及测温元件；通过控温仪器判读测温元件的温度数据，控制薄膜电加热器对热罩结构进行加热，使热罩结构上的温度控制在阈值范围内；通过热罩结构与被控对象的辐射换热，实现对被控对象的控温。

所述的热罩结构表面还包覆有多层隔热组件。

本发明与现有技术相比的优点在于：本发明间接热控装置克服了现有热控技术的薄弱环节，充分利用了主动热控技术及被动热控技术的优点。通过对热罩结构的隔热与主动控温，将热罩结构的温度控制到常规遥感器光机结构的精密程度。利用热罩结构与被控对象间的辐射换热，在保证被控对象的温度水平的同时，减小被控对象的温度波动，提高其温度稳定性。从而保证高分辨率光学遥感器镜头组件及光机结构温度满足稳定性优于±0.1℃的精密控温要求。

附图说明

图1为在镜筒组件上应用本发明热控装置的示意图；

图2为在次镜及其支撑辅板上应用本发明热控装置的示意图。

具体实施方式

本发明在高温度稳定性要求的被控对象周围设计薄壁型发黑热罩结构，对热罩结构进行常规隔热及控温回路设计，使热罩结构的温度在一定阈值范围内波动。通过热罩结构与被控对象的辐射换热，有效减小被控对象的温度波动，提升高分辨率光学遥感器镜头及光机主体的精密控温效果，使之达到优于±0.1℃的温度稳定性。

图1为高分辨率光学遥感器中常用的镜筒组件应用间接热控装置的示意图。包括热罩结构、被控对象4、薄膜电加热器5、测温元件7、多层隔热组件6。本实施例中，所述的被控对象4为镜筒结构，在镜筒组件应用间接热控装置中，热罩结构包括镜筒上热罩1、镜筒内热罩2、镜筒外热罩3。在镜筒上热罩1、镜筒内热罩2、镜筒外热罩3的外表面分别粘贴薄膜电加热器5及测温元件7，镜筒上热罩1、镜筒内热罩2、镜筒外热罩3的外表面均包覆多层隔热组件6。通过薄膜电加热器5串联组成的加热回路及测温元件7共同构成主动控温回路，利用控温仪器进行控温。主动控温加热功率根据镜筒所处空间环境状态迭代计算设计。通过多层隔热组件6减小空间环境及其他结构对被控对象4、镜筒上热罩1、镜筒内热罩2、镜筒外热罩3的温度影响，利用主动控温回路对镜筒上热罩1、镜筒内热罩2、镜筒外热罩3控温。通过镜筒上热罩1、镜筒内热罩2、镜筒外热罩3与被控对象4的辐射换热，使被控对象4的温度波动小于±0.1℃，满足被控对象4的精密控温要求。

图2为高分辨率光学遥感器中常用的次镜及其支撑辐板应用间接热控装置的示意图。包括热罩结构、被控对象4、薄膜电加热器5、测温元件7、多层隔热组件6。所述的被控对象4为次镜及其支撑辐板结构；在次镜及其支撑辐板组件应用间接热控装置中，热罩结构包括次镜支撑辐板内热罩8、次镜支撑辐板外热罩9、次镜热罩10，次镜支撑辐板内热罩8、次镜支撑辐板外热罩9分别包覆在次镜支撑辐板的表面；在次镜支撑辐板内热罩8、次镜支撑辐板外热罩9、次镜热罩10的外表面分别粘贴薄膜电加热器5及测温元件7，在内表面包覆多层隔热组件6。通过薄膜电加热器5串联组成的加热回路及测温元件7共同构成主动控温回路，利用控温仪器进行控温。主动控温加热功率根据被控对象4所处空间环境状态迭代计算设计。通过多层隔热组件6减小空间环境及其他结构对被控对象4、次镜支撑辐板内热罩8、次镜支撑辐板外热罩9、次镜热罩10的温度影响，利用主动控温回路对次镜支撑辐板内热罩8、次镜支撑辐板外热罩9、次镜热罩10控温。通过次镜支撑辐板内热罩8、次镜支撑辐板外热罩9、次镜热罩10与被控对象4的辐射换热，使被控对象4的温度波动小于±0.1℃，满足被控对象4的精密控温要求。

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (2)

1.一种用于高分辨率光学遥感器精密控温的间接热控装置，其特征在于：包括热罩结构、薄膜电加热器（5）、测温元件（7）和控温仪器；热罩结构与被控对象（4）隔热安装；所述的热罩结构为进行发黑处理后的高发射率结构件；热罩结构的表面上粘贴薄膜电加热器（5）及测温元件（7）；通过控温仪器判读测温元件（7）的温度数据，控制薄膜电加热器（5）对热罩结构进行加热，使热罩结构上的温度控制在阈值范围内；通过热罩结构与被控对象（4）的辐射换热，实现对被控对象（4）的控温。

2.根据权利要求1所述的一种用于高分辨率光学遥感器精密控温的间接热控装置，其特征在于：所述的热罩结构表面还包覆有多层隔热组件（6）。

Images