CN105938232B - 采用记忆合金驱动的geo激光通信用可展遮光罩 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种采用记忆合金驱动的GEO激光通信用可展遮光罩，属于空间激光通信技术领域。本发明提出了一种用记忆合金驱动的GEO激光通信用可展遮光罩。该遮光罩采用多个由记忆合金驱动的独立可伸展结构，在发射时，收起可展结构，减小罩外包络尺寸；发射升空后，可伸展结构能随太阳照射角度变化自动伸展或收起，抑制由阳光照射造成的光学系统温度升高。该结构不需要额外动力源和转动机构，能够实现可展遮阳板的自动伸展和收起，同时能够随太阳的照射方向自动调整遮阳板的状态，保证向阳面遮光板始终处于展开状态，遮挡阳光，背阳面遮光板始终处于收起状态，避免阳光照射到遮光罩内壁。该方法在保证遮光罩对阳光遮挡及热控效果的同时，能够有效提高可展遮光罩的可靠性，减小重量和功耗，提升可展遮光罩的可用性。
Description
技术领域
本发明涉及一种采用记忆合金驱动的GEO激光通信用可展遮光罩，属于空间激光通信技术领域。
背景技术
随着科学技术的不断进步，作为空间网络中继节点高速通信手段的GEO卫星激光通信技术发展迅速，应用前景良好。由于星载激光通信系统的光学天线安装在卫星星体外部，天线会受到太阳光的直接照射。阳光直射对系统的主要影响表现为太阳光从主镜筒进入光学系统后，光学系统受辐照温度上升，产生热变形，导致性能下降，无法工作，甚至永久失效。现在抑制太阳热辐射影响的方法主要是尽量增加遮光罩长度，减小太阳光直接照射入光学系统的角度从而减小进入光学系统的热辐射能量，遮光罩越长效果越好（参考文献：Optical IntersatelliteIink experiment between the earth station and ETS-VI，Motokazu SHI KATANI, Sh in YOSHI KADO, Yoshinor I A RIMOTO, CornrnuncationsResearch LaboratoryMinistry of Posts and TelecornrnunicationsKoganei-shi,Tokyo, JAPAN SPIE Vol. 1218 Free-Space Laser Communication Technologies 11(1990)）；但该方法受发射时火箭整流罩包络尺寸的限制，遮光罩径长比受限，减小太阳光直射角度的效果有限；同时阳光倾斜射入时，背阳面遮光罩内表面受照温度上升，必需采取温控措施降低温度，避免二次辐射对光学系统的影响，因此对遮光罩的散热能力要求较高。
为了解决以上问题出现了随动式可伸展遮光罩，采用伸缩式结构，在发射时收缩，减小尺寸，满足整流罩对系统尺寸的要求；发射升空后，遮光罩展开增加长度，获得较好的遮光效果。同时，遮光罩设计为斜口形式，并随太阳方向转动，始终保持遮光罩长边朝向太阳，起到遮挡作用，减小进入遮光罩的太阳光，短边处于背阳面，减小太阳光对遮光罩内壁的照射，有利于降低遮光罩温度，起到更好的热效果。（参考文献：蒋范明，陈凡胜，地球同步轨道随动可展异形遮光罩技术研究[J]，红外技术，2012,2（34）。）但是上述斜口式遮光罩随太阳转动时，需要驱动动力源和转动机构，增加了系统重量， 降低了可靠性，并且存在弹性结构不易保证系统刚度、柔性遮光材料易破损、内表面无法设计消光环结构等缺点。
本专利提出了一种采用记忆合金驱动的GEO激光通信用可展遮光罩，其特点是可展部分采用硬质材料设计为分瓣结构，采用记忆合金驱动，在不需要动力源和转动机构的前提下，可展部分能够随太阳照射方向自动展开或收起，起到与上述随动式可展遮光罩相同的效果。通过以上方法能够在改善阳光照射引起光学系统温升，提高激光通信系统的可通时间的同时，降低系统重量，提高可靠性。
发明内容
为了减小太阳光对GEO星载激光通信系统的影响，减少太阳光照射引起的不可工作时间，提高激光通信系统的可用性，本发明提出了一种采用记忆合金驱动的GEO激光通信用可展遮光罩。
其组成和实现步骤如下：遮光罩由可展遮阳板1、记忆合金2、导热体3、遮光罩本体4、安装法兰5和锁紧机构6组成；
其中，记忆合金2与导热体3导热连接，保证两者可以互相传热；记忆合金2两端分别与遮光罩本体4和可展遮阳板1隔热连接，三者之间相互不传导热量；记忆合金2能够带动可展遮阳板1运动；可展遮阳板1展开后能够通过锁紧机构6与遮光罩本体4锁紧；记忆合金2外漏部分采用隔热处理；遮光罩本体4和安装法兰5为一体，通过安装法兰5与光学系统连接；遮光罩本体4上安装多组由可展遮阳板1、记忆合金2和导热体3构成的独立的可展结构，各导热体3之间相互不传导热量；
记忆合金2具有随温度变化的特性，当记忆合金2温度低于设定的临界温度时，其处于形状为U型的收缩状态，带动可展遮阳板1收起；展遮阳板1收起时不完全遮挡导热体3；记忆合金2温度高于临界温度时，转化为伸展状态，伸展为直板，带动可展遮阳板1展开；
设计时，临界温度高于地面、发射时的环境温度和发射后导热体3处于太空并且不被太阳照射时的温度，保证此时可展遮阳板1可靠收起；同时临界温度低于导热体3受太阳照射时的温度，保证导热体3受照时，可展遮阳板1可以展开。
实现步骤
步骤1、处于地面或发射状态时，记忆合金2温度低于临界温度，所有记忆合金2处于收缩状态，带动所有可展遮阳板1收起，遮光罩处于收起状态；
步骤2、发射升空后，太阳照射到导热体3，引起导热体3温度上升，通过热传导使与其导热连接的记忆合金2温度升高，记忆合金2的温度高于临界温度后变为伸展状态，带动可展遮阳板1展开；可展遮阳板1展开后通过锁紧机构6与遮光罩本体4锁紧；未被太阳照射的导热体3温度低于临界温度，对应的可展遮阳板1仍处于收起状态；
步骤3、随着太阳照射方向变化，原受照已经展开的可展遮阳板1处于背阳面时，导热体3不再受到太阳照射，导热体3成为散热面向空间散热温度降低，通过热传导使与其导热连接的记忆合金2温度降低，当温度低于临界温度时，记忆合金2恢复收缩状态，对应的可展遮阳板1收起；
步骤4、随着太阳照射方向变化，向阳面的可展遮阳板1依次展开，遮挡阳光；背阳面的遮阳板1依次收起，规避阳光对其内表面的照射；
通过以上步骤，实现由记忆合金驱动的GEO激光系统可展遮光罩，在发射时可以收起，减小系统外包络尺寸；发射升空后，保证向阳面遮阳板始终处于伸展状态，遮挡阳光；背阳面遮光板处于收起状态，减小太阳对遮光罩内壁照射，降低遮光罩温度。
有益效果
本发明提出了一种采用记忆合金驱动的GEO激光通信用可展遮光罩，遮光罩上的可展遮光板由记忆合金驱动，根据太阳照射角度不同时记忆合金温度不同、形态不同的特点，带动可展遮光板收起或展开；在向阳面的遮光板展开遮挡太阳光，在背阳面遮光板收起避免阳光照射遮光罩内表面，防止遮光罩及光学系统温度过高。
附图说明
图1为采用记忆合金驱动的GEO激光通信用可展遮光罩组成图，其中：1为可展遮光板、2为记忆合金、3为导热体、4为遮光罩本体、5为安装法兰、6为锁紧机构。
图2为记忆合金收缩与伸展状态示意图。
图3为遮光罩完全收起时外形示意图。
图1也是说明书摘要附图。
具体实施方式
其由可展遮阳板1、记忆合金2、导热体3、遮光罩本体4、安装法兰5和锁紧机构6组成；
遮光罩本体4通光口径Ф260mm，长度200mm；安装8个由可展遮光板1、记忆合金2和导热体3组成的相互独立的展开结构，可展遮光板1长150mm；导热体3之间相互不传导热量；遮光罩通过安装法兰5采用隔热安装，安装到激光通信主光学天线上；可展遮阳板1与遮光罩本体4采用碳纤维材料；
其中，记忆合金2与导热体3导热连接，保证两者可以互相传热；记忆合金2两端分别与遮光罩本体4和可展遮阳板1采用隔热连接，三者之间相互不传导热量，记忆合金2可以带动可展遮阳板1运动；锁紧机构6采用弹性结构；记忆合金2外漏部分采用隔热包覆处理；遮光罩本体4和安装法兰5为一体结构；
临界温度设计为120°，记忆合金2低于临界温度时处于收缩状态形状为U型，带动可展遮阳板1收起，并保证可展遮阳板1不完全遮挡导热体3；记忆合金2受热温度高于临界温度时，转化为伸展状态，伸展为直板，带动可展遮阳板1展开。
实现步骤
步骤1、处于地面或发射状态时，环境温度低于临界温度，所有记忆合金2处于收缩状态，带动所有可展遮阳板1收起，遮光罩处于收起状态；
步骤2、发射升空后，太阳照射到导热体3后，引起导热体3温度上升，通过热传导使与其导热连接的记忆合金2温度升高，记忆合金2的温度高于临界值后变为伸展状态，并带动可展遮阳板1展开；可展遮阳板1展开后通过锁紧机构6与遮光罩本体4锁紧；未被太阳照射的导热体3对应的可展遮阳板1仍处于收起状态；
步骤3、随着太阳照射方向变化，原受照已经展开的可展遮阳板1处于背阳面时，导热体3不再受到太阳照射，导热体3成为散热面向空间散热温度降低，通过热传导使与其导热连接的记忆合金2温度降低，当温度低于临界温度时，记忆合金2恢复收缩状态，对应的可展遮阳板1收起；
步骤4、随着太阳照射方向变化，向阳面的可展遮阳板1依次展开，遮挡阳光；背阳面的遮阳板1依次收起，避免阳光对其内表面的照射；
通过以上步骤，实现由记忆合金驱动的GEO激光系统可展遮光罩。
Claims (7)
1.采用记忆合金驱动的GEO激光通信用可展遮光罩，其特征在于包括：可展遮阳板(1)、记忆合金(2)、导热体(3)、遮光罩本体(4)、安装法兰(5)和锁紧机构(6)；记忆合金(2)与导热体(3)导热连接，保证两者可以互相传热；记忆合金(2)两端分别与遮光罩本体(4)和可展遮阳板(1)隔热连接，三者之间相互不传导热量；记忆合金(2)能够带动可展遮阳板(1)运动；可展遮阳板(1)展开后能够通过锁紧机构(6)与遮光罩本体(4)锁紧；记忆合金(2)外漏部分采用隔热包覆处理；遮光罩本体(4)上安装多组由可展遮阳板(1)、记忆合金(2)和导热体(3)构成的独立的可展结构，导热体(3)之间相互不传导热量；遮光罩本体(4)和安装法兰(5)为一体，通过安装法兰(5)与光学系统连接。
2.根据权利要求1所述的采用记忆合金驱动的GEO激光通信用可展遮光罩，其特征在于：所述的记忆合金(2)具有随温度变化的特性，当记忆合金(2)温度低于设定的临界温度时，其处于形状为U型的收缩状态，带动可展遮阳板(1)收起；可展遮阳板(1)收起时不完全遮挡导热体(3)；记忆合金(2)温度高于临界温度时，转化为伸展状态，伸展为直板，带动可展遮阳板(1)展开；设计时，临界温度高于地面、发射时的环境温度和发射后导热体(3)处于太空并且不被太阳照射时的温度，保证此时可展遮阳板(1)可靠收起；同时临界温度低于导热体(3)受太阳照射时的温度，保证导热体(3)受照时，可展遮阳板(1)可以展开。
3.根据权利要求1或2所述的采用记忆合金驱动的GEO激光通信用可展遮光罩，其特征在于：所述的可展遮阳板(1)由记忆合金(2)驱动。
4.根据权利要求1或2所述的采用记忆合金驱动的GEO激光通信用可展遮光罩，其特征在于：遮光罩由多个独立的可展遮阳板(1)构成。
5.根据权利要求1或2所述的采用记忆合金驱动的GEO激光通信用可展遮光罩，其特征在于：遮光罩的可展遮阳板(1)能够根据太阳照射角度自动独立调节状态，保证在向阳面遮挡阳光，在背阳面规避阳光。
6.根据权利要求1或2所述的采用记忆合金驱动的GEO激光通信用可展遮光罩，其特征在于：可展遮阳板(1)展开后能够通过锁紧机构锁紧，保证结构刚度。
7.根据权利要求1或2所述的采用记忆合金驱动的GEO激光通信用可展遮光罩，其特征在于：可展遮阳板(1)采用硬质材料。
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